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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA DE ALIMENTOS AUTORES: I.Q.I Minerva Juárez Juárez Dr. Gustavo Valencia del Toro M. en C. Juan Ramírez Balderas I.Q.I. Linaloe Lobato Azuceno I.B.Q. Emma Bolaños Valerio I.B.Q. Pedro Miranda Reyes

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA

DE BIOTECNOLOGÍA

MANUAL PARA LABORATORIO DE

FISICOQUÍMICA DE ALIMENTOS

AUTORES:

I.Q.I Minerva Juárez Juárez Dr. Gustavo Valencia del Toro

M. en C. Juan Ramírez Balderas I.Q.I. Linaloe Lobato Azuceno I.B.Q. Emma Bolaños Valerio I.B.Q. Pedro Miranda Reyes

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CONTENIDO

Práctica Nombre Pág.

INTRODUCCIÓN I

REGLAMENTO INTERNO DE LA ACADEMIA DE FISICOQUÍMICA ii

1

PRESENTACIÓN Y NORMAS DE SEGURIDAD

1

2

DETERMINACIÓN DE DENSIDAD, EN ALIMENTOS LÍQUIDOS, SÓLIDOS, DETERMINACIÓN DE DENSIDAD APARENTE Y EN PRODUCTOS AIREADOS

5

3

DETERMINACIÓN DE VISCOSIDAD EN ALIMENTOS Y EVALUACIÓN SENSORIAL

13 4

PROPIEDADES DE LAS SUSPENSIONES Y COLOIDES. GELIFICACIÓN EN ALIMENTOS

21 5

CINÉTICA ENZIMÁTICA

27

6

DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN Y SU APLICACIÓN EN EL PROCESAMIENTO DE LOS ALIMENTOS

33 7

PROPIEDADES DIELÉCTRICAS DE LOS ALIMENTOS Conductividad de alimentos líquidos

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Manual para Laboratorio de Fisicoquímica de Alimentos

INTRODUCCIÓN

El principal objetivo que persigue este manual de prácticas es de servir de guía en el desarrollo práctico del estudiante que cursa la asignatura de FISICOQUÍMICA DE ALIMENTOS

Para este fin es necesaria la comprensión de determinados conceptos teóricos imprescindibles en el manejo de los datos experimentales obtenidos durante el desarrollo de la práctica. Entonces, es muy importante la lectura previa y discernimiento de los fundamentos de cada práctica antes de iniciar la sesión en el laboratorio. Esto se logra con un poco de empeño por parte del estudiante, quién no solo debe conformarse con la lectura de los fundamentos, sino que debe consultar las fuentes bibliográficas pertinentes. De mucha ayuda resulta para esto último la realización de un protocolo de investigación que propone preguntas, solicita la búsqueda de datos y pide que se elabore un diagrama de flujo del desarrollo de la práctica, con el fin de que el estudiante conozca el procedimiento que debe seguir. El reporte escrito de la práctica debe incluir: (a) Objetivos: deberá incluir tanto los propuestos como los que eventualmente dicte el

profesor e inclusive algún objetivo que la inventiva del estudiante proponga con respecto al tema estudiado.

(b) Presentación de los resultados: tanto los datos como los resultados experimentales deberán presentarse utilizando tablas y gráficas debidamente intituladas. En secuencias repetitivas de cálculos se deberá ejemplificar la forma como se llevó a cabo el tratamiento de los datos experimentales incluyendo el análisis dimensional.

(c) Análisis de resultados: en esta sección del informe, el estudiante interpretará los resultados obtenidos experimentalmente dentro de un marco teórico-conceptual, en el apartado correspondiente de cada práctica se proponen ciertos lineamientos para llegar a este fin. Entiéndase que no son preguntas que hay que contestar secuencialmente, sino una guía.

(d) Conclusiones: éstas deberán ser congruentes con los objetivos, estar fundamentadas en el análisis de resultados y en las observaciones realizadas durante el trabajo práctico. Asimismo puede incluirse sugerencias que estén encaminadas a la obtención de datos más confiables y precisos.

(e) Bibliografía: se anotarán aquellas referencias bibliográficas que respalden tanto el análisis de resultados como a las conclusiones. Estas referencias deberán citarse correctamente a lo largo del texto.

Con la finalidad de lograr la formación de los estudiantes dentro de un esquema de mayor creatividad, se propone que investiguen, diseñen y realicen una práctica. Con esto se pretende fomentar la creatividad e iniciativa individual, así como el desarrollo de su capacidad para el trabajo en equipo. Este conjunto de prácticas es perfectible, por lo que se agradecen los comentarios y sugerencias tanto por parte de los estudiantes como de los profesores que hagan uso de este manual.

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Manual para Laboratorio de Fisicoquímica de Alimentos

ACUERDO POR EL QUE SE EXPIDE EL PRESENTE REGLAMENTO INTERNO DE LA ACADEMIA DE FISICOQUÍMICA.

CONSIDERANDO Que es necesario establecer los lineamientos que normen las actividades dentro de la Academia de Fisicoquímica y con base en el artículo 7 fracción XVIII del Reglamento de Academias del Instituto Politécnico Nacional se expide el siguiente: Artículo 7. Corresponde a las Academias: ... XVIII. Proponer al órgano funcional a que está integrada, que se establezcan los lineamientos para el desarrollo y mejor funcionamiento de la academia.

...

REGLAMENTO INTERNO DE LA ACADEMIA DE FISICOQUÍMICA.

CAPÍTULO I

DIPOSICIONES GENERALES. Artículo No. 1 El presente reglamento es de carácter obligatorio para todos los profesores miembros de la Academia de Fisicoquímica y todos los alumnos que cursan las asignaturas que se imparten en dicha Academia. Artículo No. 2 Las asignaturas que forman parte de la Academia de Fisicoquímica son: Fisicoquímica, Fisicoquímica de Alimentos, Métodos Analíticos e Instrumentales. Electroquímica I y Electroquímica II. Artículo No. 3 Todas las asignaturas de la Academia de Fisicoquímica son teórico-prácticas, por lo que cada una de ellas está constituida por sesiones de teoría y una sesión práctica (laboratorio) por semana.

CAPÍTULO II

ACREDITACIÓN Artículo No. 4 La asignatura se considerará acreditada cuando ambas calificaciones, la parte teórica y la parte práctica, sean aprobatorias de acuerdo a lo estipulado en el Artículo 37 fracciones I, II y III del Reglamento de estudios escolarizados para los niveles medio superior y superior del Instituto Politécnico Nacional. En caso de que una de las calificaciones resulte reprobatoria, la asignatura no se considerará acreditada,

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asentándose en el acta de exámenes la calificación más baja. Queda estrictamente prohibido guardar calificaciones de teoría en caso de haber reprobado la parte práctica. Artículo 37. Las asignaturas se acreditarán en cualquiera de los siguientes casos cuando: I. La calificación sea de entre 6 y 10. Dicha calificación se obtendrá promediando las calificaciones de los exámenes ordinarios considerando, en su caso, los mecanismos de evaluación continua aplicados durante el curso.

II. La calificación del examen extraordinario sea de entre 6 y 10, y III. La calificación obtenida en el examen a título de suficiencia sea de entre 6 y 10. Artículo No. 5 La calificación en actas de exámenes ordinarios, extraordinarios y a título de suficiencia, una vez cumplido con lo estipulado en el Artículo No. 4 del presente Reglamento, estará determinada por el 70% de la calificación correspondiente a la parte teórica y el 30% de la calificación correspondiente a la parte práctica. Con el fin de cumplir con este artículo, el profesor de la parte práctica esta obligado a entregar las actas correspondientes de dicha parte en tiempo y forma a la Presidencia de Academia; el profesor que imparte la parte teórica está obligado a solicitar el resultado de la evaluación de la parte práctica.

CAPÍTULO III

EVALUACIÓN

SECCIÓN PRIMERA

DE LA PARTE TEÓRICA

Artículo No. 6 La parte teórica de las asignaturas de la Academia de Fisicoquímica será evaluada con tres calificaciones parciales como mínimo, correspondientes a los períodos de exámenes parciales propuestos por la autoridad correspondiente y un examen extraordinario como está estipulado en los artículos 31 y 33 del Reglamento de estudios escolarizados para los niveles medio superior y superior del Instituto Politécnico Nacional. Artículo 31. Para los efectos del presente Reglamento se considera examen ordinario la evaluación parcial del contenido de un programa de estudios. Estas evaluaciones se realizarán sin suspensión de clases y deberán aplicarse como mínimo tres por cada asignatura durante el semestre. Artículo 33. Para los efectos del presente Reglamento se considera examen extraordinario a la evaluación que se aplica una vez por semestre, y que comprende el total de los contenidos de una asignatura, ya sea para acreditarla o para mejorar la calificación promedio obtenida en los ordinarios, en cuyo caso se asentará la calificación más alta. Artículo No. 7 Es requisito que el alumno tenga promedio aprobatorio con al menos dos calificaciones parciales aprobadas. Artículo No. 8 La forma de evaluación de cada una de las calificaciones parciales quedará de acuerdo a las condiciones que defina la academia. El profesor debe hacerla

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del conocimiento de los alumnos al inicio del curso, según lo establecido en el artículo 25 del Reglamento de estudios escolarizados para los niveles medio superior y superior del Instituto Politécnico Nacional. Artículo 25. La evaluación del aprendizaje, además de considerar lo dispuesto en el artículo anterior, debe incluir los resultados de los siguientes elementos: I. Los exámenes ordinarios, extraordinarios, y a título de suficiencia; II. La participación que el alumno haya tenido en clase, así como el desempeño en los ejercicios y trabajos previstos en el plan y programa de estudios correspondiente; III. Las prácticas de talleres, laboratorios, actividades comunitarias y clínicas, y IV. Los proyectos de estudios de caso. Al inicio de cada semestre se definirán los mecanismos de evaluación y el profesor los hará del conocimiento de sus alumnos. De igual forma se fijará el calendario de presentación de exámenes ordinarios que se comunicará a la Dirección de Servicios Escolares, al Departamento de Control Escolar correspondiente y a los alumnos. Artículo No. 9 El alumno tiene derecho de conocer su calificación de cada examen parcial escrito. El alumno debe firmar dicho examen de conformidad o inconformidad con respecto a su calificación. Artículo No. 10 En caso de inconformidad por parte del alumno, éste tiene el derecho de revisión de su examen de acuerdo a lo establecido en el artículo 30 del Reglamento de estudios escolarizados para los niveles medio superior y superior del Instituto Politécnico Nacional. Artículo 30. Los alumnos podrán solicitar de manera individual y por escrito a la academia correspondiente, acuerde la revisión de la calificación obtenida en exámenes ordinarios, extraordinarios y a título de suficiencia, dentro de los tres días hábiles siguientes a la fecha en que fue dada a conocer la calificación de dichos exámenes. Dicha revisión se realizará conforme a los procedimientos internos que establezca cada escuela, centro o unidad; en todo caso deberá asegurarse la revisión colegiada con la participación del profesor y del alumno involucrados.

SECCIÓN SEGUNDA

DE LA PARTE PRÁCTICA

Artículo No. 11 La parte práctica de las asignaturas de la Academia de Fisicoquímica será evaluada con el promedio de calificaciones parciales cada una de las cuales corresponde a un conjunto determinado de prácticas denominado ciclo de prácticas. Artículo No. 12 Cada ciclo de prácticas será evaluado con el promedio de las calificaciones de las prácticas correspondientes. Artículo No. 13 Al inicio del semestre se entregará al grupo un calendario de actividades donde se incluirán las fechas de realización de las prácticas, entrega de reportes, exámenes de ciclo de prácticas y otros pormenores establecidos por la Academia de Fisicoquímica necesarios para el buen desempeño del trabajo en el laboratorio. Artículo No. 14 En cada una de las prácticas se evaluarán los siguientes rubros con su respectiva ponderación:

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10% Bitácora del trabajo en el laboratorio de cada práctica. 10% Examen escrito al principio de cada práctica. 30% Seminario de prácticas al final de cada ciclo. 20% Examen escrito al final de cada ciclo de prácticas. 30% Reporte final de cada práctica.

SECCIÓN TERCERA

DEL REPORTE FINAL DE CADA PRÁCTICA

Artículo No. 15 El reporte debe constar de los siguientes puntos: PORTADA Número y título de la práctica. Grupo y número de equipo. Integrantes del equipo. Fecha de entrega. CONTENIDO DEL REPORTE Título de la práctica.

Objetivos de la práctica (incluyendo aquellos que, aunque no se indiquen en el manual de prácticas y sean mencionados por el profesor)

Introducción (no debe ser idéntica a la introducción que se proporciona en el manual de prácticas) de una a dos cuartillas con sus respectivas referencias bibliográficas.

Resultados en forma de tablas, gráficas, etc. Análisis de resultados con sus respectivas referencias bibliográficas. Conclusiones coherentes con la práctica. Relación de la práctica con la carrera del grupo. Recomendaciones para mejorar la metodología y

experimentación de la práctica. Referencias bibliográficas. El incumplimiento con cualquiera de estos puntos genera deméritos en la calificación del reporte. Artículo No. 16 Para tener derecho a calificación aprobatoria, el alumno debe aprobar el 80 % del total de las practicas.

SECCIÓN CUARTA

DEL SEMINARIO DE PRÁCTICAS AL FINAL DE CADA CICLO

Artículo No. 17 Todos los alumnos están obligados a preparar el seminario de todas las prácticas del ciclo sin excepción. Artículo No. 18 La presentación del seminario se realizará en base a un sorteo al inicio de la exposición de cada práctica. Artículo No. 19 Queda prohibido a los profesores asignar prácticas o parte de ellas con anticipación a los alumnos del grupo. Elaboraron: I.Q.I Minerva Juárez Juárez, Dr. Gustavo Valencia del Toro, M. en C. Juan Ramírez Balderas, I.Q.I. Linaloe Lobato Azuceno, I.B.Q. Emma Bolaños Valerio, I.B.Q. Pedro Miranda Reyes

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CAPITULO IV

ASISTENCIAS Artículo No. 20 El porcentaje mínimo de asistencias, justificadas o no, será del 80% para tener derecho a la calificación final. Artículo No. 21 Toda inasistencia debe ser justificada oficialmente mediante las instancias correspondientes dentro de la UPIBI. Dicho justificante deberá presentarse al profesor titular (parte teórica) o coordinador (parte práctica) a la siguiente sesión de ocurrida la inasistencia. Para la parte práctica la calificación correspondiente a esa sesión no será tomada en cuenta para la evaluación final, a reserva de la disposición conjunta de los profesores encargados de dicho grupo. Para la parte teórica la evaluación correspondiente a dicha inasistencia justificada quedará a discreción del profesor titular. Artículo No. 22 El incumplimiento del artículo 21 genera una falta injustificada que será sancionada según lo que a continuación se establece: I.- Si se trata de la parte teórica, el profesor no tomará en consideración los trabajos, proyectos, ejercicios, etc., asignados para entregarse el día que el alumno no justificó su falta. II.- Si se trata de la parte práctica, la calificación de la sesión correspondiente a esa falta será de cero, incluyendo todos los rubros establecidos en el artículo 14 del presente reglamento, y será considerada dentro de las calificaciones de prácticas a promediar. Artículo No. 23 El incumplimiento del artículo 20 tiene como consecuencia:

I.- En la parte teórica se asentará en las actas tanto de examen ordinario como extraordinario las letras NP (NO PRESENTO), ya que se considerará al alumno que incurra en esta falta acreedor a presentar Examen a Título de Suficiencia de acuerdo a lo establecido en el artículo 35, fracción II del Reglamento de estudios escolarizados para los niveles medio superior y superior del Instituto Politécnico Nacional. Artículo 35. Los exámenes a título de suficiencia se presentarán cuando: ... II. El número de inasistencias de un alumno no le permita acreditar alguna asignatura mediante exámenes ordinarios o extraordinarios, en función de lo dispuesto por la academia correspondiente; ... II.- En la parte práctica el alumno NO tendrá derecho a asistir a las sesiones prácticas restantes, así como NO tener derecho a la calificación final de la parte práctica. En las actas correspondientes a la parte práctica se asentarán las siglas NP. El profesor de la parte teórica debe informarse oportunamente de este hecho para que en las actas correspondientes a los exámenes ordinario y extraordinario asiente, asimismo, las siglas NP ya que se considerará al alumno que incurra en esta falta acreedor a presentar Examen a Título de Suficiencia de acuerdo a lo establecido en el

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artículo 35, fracción II del Reglamento de estudios escolarizados para los niveles medio superior y superior del Instituto Politécnico Nacional. Artículo No. 24 El tiempo de tolerancia de entrada a la sesiones teóricas y prácticas será de 5 minutos para las asignaturas cuya duración es de 1.5 horas y de10 minutos para las asignaturas cuya duración es de 3.0 horas. Transcurrido este tiempo, el alumno que no esté dentro del aula o del laboratorio, no tendrá derecho al acceso a éstos después de dicha tolerancia generando una inasistencia sujeta a lo establecido en el presente reglamento.

CAPITULO V

DEL TRABAJO EN EL LABORATORIO Artículo No. 25 Para tener derecho a permanecer en el laboratorio a fin de llevar a cabo las actividades de la sesión práctica, el alumno debe cumplir con lo siguiente: a) Vestir bata larga de algodón con manga larga y talla adecuada, completamente abotonada. b) Traer copia del manual de prácticas debidamente encuadernado e identificado con el nombre del alumno, grupo y número de equipo en la carátula de dicho manual. Debe incluirse en el mismo el presente reglamento, el calendario de actividades del curso y un mínimo de tres hojas blancas intercaladas entre cada práctica. La encuadernación debe estar libre de rótulos, imágenes, dibujos, etc. ajenos a los temas de la asignatura correspondiente. c) Comportarse de manera decorosa (no gritar, no correr, no besarse, no abrazarse, no reír escandalosamente, evitar las palabras altisonantes lo mismo entre alumnos que entre alumnos y profesores, etc.) d) No utilizar audífonos, radios, caseteras, reproductores de CD, teléfonos celulares, juegos electrónicos o cualesquiera otros dispositivos que los profesores consideren inadecuados para el trabajo en el laboratorio. e) No vestir gorras, sombreros, tocados, bufandas, chamarras o suéteres sobre la bata o cualesquiera otras prendas de vestir que los profesores consideren inadecuadas para el trabajo en el laboratorio. f) No debe distraer su atención en actividades ajenas al laboratorio respectivo. g) No debe abandonar el laboratorio sin la autorización del profesorado. h) No debe distraer su atención atendiendo visitas personales durante la sesión del laboratorio. i) No debe succionar con la boca a través de las pipetas ninguna sustancia incluyendo agua o cualquier otra sustancia en apariencia inocua. j) No debe ingerir alimentos ni bebidas durante el tiempo correspondiente al laboratorio haya o no sesión práctica. Artículo No. 26 En caso de que el alumno incurra en faltas no consideradas en el artículo 25 de este reglamento, queda a discreción de los profesores la sanción correspondiente a dicha falta que puede incluir la expulsión del alumno durante la sesión correspondiente, generando una inasistencia sujeta a lo establecido en el presente reglamento. Elaboraron: I.Q.I Minerva Juárez Juárez, Dr. Gustavo Valencia del Toro, M. en C. Juan Ramírez Balderas, I.Q.I. Linaloe Lobato Azuceno, I.B.Q. Emma Bolaños Valerio, I.B.Q. Pedro Miranda Reyes

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Artículo No. 27 Para tener derecho a permanecer en el laboratorio y a fin de llevar a cabo de forma eficiente las actividades de la sesión práctica, cada equipo debe traer el siguiente material:

• Franela o jerga. • Tres jeringas como mínimo, cuyas capacidades deben ser 5,10 y 20 mL. • Jabón líquido. • Escobillones para limpieza del material de laboratorio. • Un rollo de papel higiénico. • Una espátula de cemento. • Un marcador de tinta indeleble. • Un masking tape de 3/4 de pulgada. • Papel aluminio. • Una barra magnética de 1 cm. Para el caso del Laboratorio de Métodos

Analíticos e Instrumentales y Electroquímica..

Artículo No. 28 Para efectuar el trabajo dentro del laboratorio, los alumnos deberán elaborar un vale con el que solicitará el material, equipo, etc. que usará durante la sesión práctica el cual entregarán acompañado de una credencial que puede ser, la credencial del Instituto Politécnico Nacional, la credencial de la UPIBI o la credencial de elector. No se aceptará la credencial del CAE. Artículo No. 29 Los alumnos que reciban el material o equipo según lo dispuesto en el artículo 28 del presente reglamento, deberán revisarlo antes de hacer uso del mismo. Si se detectan fallas o ruptura en los mismos, deberán reportarlo de inmediato a la persona que les hace entrega de éste; la omisión de esto último responsabiliza a los alumnos integrantes del equipo correspondiente, de dichas fallas o rupturas y deberán reponer o reparar, según el caso, dicho material o equipo. Artículo No. 30 Para la reposición del material los alumnos contarán con 15 días naturales. Después de este período los alumnos que no repongan el material que adeudan, no tendrán derecho a la permanencia en el laboratorio generando inasistencias sujetas a lo establecido en el presente reglamento hasta que estos lo hayan restituido al laboratorio presentando conjuntamente con el material o equipo, y de forma obligatoria, la nota o factura de la compra o servicio de reparación correspondiente. Artículo No. 31 El personal técnico docente encargado del control del material de laboratorio deberá elaborar una lista escrita por grupo de los alumnos deudores y entregarla al profesor responsable del grupo del laboratorio semanalmente indicando los alumnos cuya tolerancia de pago esté por vencer. Dicha lista deberá contener nombre del alumno cuya credencial fue retenida, grupo, número de equipo, fecha del adeudo, fecha del vencimiento y el adeudo. Artículo No. 32 Para que los alumnos integrantes de un equipo tengan derecho a la calificación correspondiente a la sesión de laboratorio, éstos debe entregar su lugar de trabajo y sus materiales o equipos perfectamente limpios y secos al final de dicha sesión.

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Artículo No. 33 Los residuos de reactivos utilizados en las prácticas no deberán ser arrojados al drenaje; para este efecto existirán recipientes destinados a este fin, que deberán estar debidamente etiquetados.

CAPITULO VI

DE LOS ALUMNOS REGULARES E IRREGULARES

Artículo No. 34 Al inicio del semestre, los alumnos que estén fuera del reglamento, se les permitirá la permanencia en el laboratorio formando equipos exclusivamente con alumnos en condiciones similares. Queda entendido que el alumno en esta situación debe cumplir con los lineamientos que establece el presente reglamento; la asistencia es obligatoria. Artículo No. 35 A los alumnos que estén contemplados en el artículo 34 no se les tomarán en cuenta sus evaluaciones hasta que hayan regularizado su situación a más tardar concluido el segundo período de exámenes a Título de Suficiencia; después de este período el alumno que no regularice su situación académica no podrá continuar asistiendo a las sesiones prácticas anulando cualquier evaluación previa. Artículo No. 36 Para demostrar su regularidad, el alumno debe mostrar al profesor coordinador del grupo su comprobante de inscripción para poder permanecer en el laboratorio y tener derecho al registro de sus evaluaciones.

CAPITULO VII

DE LOS EXAMENES A TITULO DE SUFICIENCIA PARA LA PARTE PRÁCTICA

Artículo No. 37 Cuando el alumno no acredite la parte práctica será necesario que este presente un Examen a Título de Suficiencia que comprenda tanto la parte práctica como la teórica, previa solicitud por escrito del mismo a la Academia de Fisicoquímica para realizar el trámite de autorización de dicho examen a la dirección de coordinación correspondiente de la Secretaria Académica, como lo estipula el artículo 36 del Reglamento de estudios escolarizados para los niveles medio superior y superior del Instituto Politécnico Nacional. Artículo 36. En los exámenes a título de suficiencia de las asignaturas en que se conjugue teoría y práctica, se evaluará tanto la parte teórica como la práctica. La academia, previa autorización de la dirección de coordinación correspondiente de la Secretaría Académica, determinará el tipo de evaluación de la práctica y la proporción en porcentaje de contribución a la calificación final de la asignatura. Artículo No. 38 Es requisito que el alumno acredite primeramente el Examen a Título de Suficiencia correspondiente a la parte práctica. Si este es acreditado entonces podrá presentar el Examen a Título de Suficiencia correspondiente a la parte teórica

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Artículo No. 39 En caso de que el alumno haya acreditado únicamente el Examen a Título de Suficiencia correspondiente a la parte práctica la calificación quedará registrada en el Departamento de Control Escolar para su futura revalidación. Artículo No. 40 El alumno que haya acreditado tanto el Examen a Título de Suficiencia de la parte práctica como de la teórica, la calificación que será registrada corresponderá al 30 % del resultado del Examen a Título de Suficiencia de la parte práctica y el 70 % del resultado del Examen a Título de Suficiencia de la parte teórica. Todos los artículos correspondientes al capítulo VII se sustentan en el artículo 36 del Reglamento de estudios escolarizados para los niveles medio superior y superior del Instituto Politécnico Nacional.

ARTÍCULOS TRANSITORIOS.

Artículo No. 1 Este reglamento estará sujeto a cambios de acuerdo a la operatividad del mismo. Artículo No. 2 Este reglamento entrará en vigor al día siguiente de su aprobación en la reunión ordinaria de la Academia de Fisicoquímica celebrada el 20 de enero de 2005.

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PRÁCTICA N° 1

PRESENTACIÓN Y NORMAS DE SEGURIDAD

I. OBJETIVOS

1.1 El alumno conocerá las reglas básicas de higiene y seguridad que se deben aplicar en el laboratorio de fisicoquímica.

1.2 El alumno conocerá el reglamento interno de la Academia de Fisicoquímica

II. INTRODUCCIÓN

La seguridad debe ser la primera preocupación del experimentador en el laboratorio. El laboratorio es un área de aprendizaje del trabajo práctico profesional donde no deben subestimarse los riesgos que existen cuando se manipulan materiales, equipos, reactivos y sustancias químicas aunque parezcan sencillos, inocuos y hasta familiares. Por lo tanto, en el laboratorio, no es aceptable una conducta irresponsable. Para reducir riesgos a la salud o a la integridad corporal, deben observarse reglas de seguridad, a menudo sencillas, en cualquier actividad que desarrollemos y, en particular, cuando realizamos trabajo práctico en el laboratorio. A menudo se dice que los accidentes no ocurren por si solos ¡son provocados!. Las causas son generalmente por ignorancia, por cansancio, por descuidos, por uso de equipos defectuosos, por voluntad propia de tomar riesgos o aún por realizar bromas sin evaluar las consecuencias de las mismas. Para minimizar riesgos, y prevenir accidentes es preciso conocer sus causas y estar siempre alertas para reconocer situaciones de riesgo susceptibles de desencadenar accidentes que pueden no sólo afectarnos sino también a los demás con los que trabajamos. La observación de Buenas Prácticas de Laboratorio reduce la incidencia de riesgos o de prácticas riesgosas en el trabajo experimental. Existen tres causas fundamentales de accidentes en los laboratorios a) fuego, b) contacto de sustancias químicas con la ropa o el cuerpo y c) cortadas. El riesgo por fuego se incrementa cuando se manipulan sustancias inflamables en las cercanías de llamas o chispas. Deben evitarse posibles intoxicaciones por ingestión, inhalación o contacto de la epidermis o de las mucosas (especialmente de los ojos) con cualquier sustancia química por inocua que parezca. No deben subestimarse los riesgos de sufrir cortaduras cuando se manipula material de vidrio. El material de vidrio en general y sobre todo el sometido a frecuentes calentamientos como los vasos de precipitados y los matraces Erlenmeyer, pueden romperse con sorprendente facilidad cuando se someten a esfuerzos de presión, de torsión o de pequeños golpes. En el caso de ser necesario ejercer esfuerzos sobre

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material de vidrio, este debe envolverse en un trapo grueso. El material de vidrio rayado o que presenta despostilladuras debe descartarse antes de que se quiebre. Los pedazos de vidrio roto, particularmente los de pequeño tamaño, nunca deben recogerse con la mano, debe utilizarse cepillo y recogedor. No debe recibirse material de vidrio visiblemente defectuoso. Debe informarse al profesor responsable del grupo de las roturas de material o desperfectos detectados durante la operación de materiales y equipos. Para prevenir accidentes o minimizar los efectos de situaciones peligrosas, es preciso observar las reglas mínimas de conducta que se mencionan a continuación: En el laboratorio es necesario llevar una bata de algodón de talla apropiada, con mangas largas y correctamente abotonada durante todo el tiempo que se trabaje en el laboratorio. Para evitar el contacto accidental de sustancias químicas o de cualquier tipo de partícula, es necesario llevar lentes de seguridad que proporcionen una protección de los ojos no sólo de frente sino también lateralmente. El uso de lentes correctivos no exenta la necesidad de llevar lentes de protección a menos que el armazón de aquellos esté provisto de protecciones laterales. Un buen principio para reducir riesgos y aún limitar causas de error en el trabajo es mantener siempre el área de trabajo limpia y ordenada; ubicar los frascos y recipientes alejados de los bordes de la mesa de trabajo. Evitar los movimientos bruscos durante las manipulaciones. Mantener los pasillos entre mesas de trabajo despejados y trasladarse de un punto a otro sin correr. Otro buen principio es llegar al laboratorio sabiendo lo que se tiene que hacer y conocer de antemano las propiedades físicas, químicas y toxicológicas de los reactivos químicos con los que se debe trabajar. En particular: su punto de fusión, de ebullición y la solubilidad. Para reducir el riesgo de ingestión o inhalación accidental de sustancias químicas, nunca deben tomarse alimentos ni tampoco se debe fumar en el laboratorio. Si se sale a tomar alimentos, no debe conservarse la bata puesta. No deben probarse sustancias químicas o disoluciones ni tampoco inhalarse vapores, sobre todo si no se tiene información de la sustancia considerada. Es necesario limpiar inmediatamente cualquier sustancia tirada o líquido derramado. Los ácidos o álcalis concentrados derramados deben neutralizarse con bicarbonato de sodio antes de limpiar el área afectada. Para efectuar la limpieza, las manos deben protegerse con guantes de hule para uso rudo. La transferencia de líquidos que emiten vapores tóxicos o corrosivos como las disoluciones concentradas de ácido clorhídrico o nítrico, o las de amoniaco, deben efectuarse bajo la campana.

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Las reacciones que desprenden vapores o que involucran disolventes volátiles, inflamables o tóxicos deben realizarse bajo campana. La transferencia de volúmenes precisos de disoluciones debe efectuarse con pipetas volumétricas provistas de una pera de succión o de una propipeta. Nunca debe pipetearse por aspiración directa con la boca. Las disoluciones de los ácidos concentrados siempre deben efectuarse añadiendo la disolución concentrada al agua, nunca a la inversa. Las disoluciones que se preparan, siempre deben etiquetarse correctamente, en el momento de su preparación. Antes de utilizar disolventes inflamables, es preciso verificar que no se encuentran mecheros encendidos en la cercanía. Debe tenerse conocimiento de la ubicación de las llaves maestras de los suministros del gas, electricidad y agua de laboratorio. También debe tenerse conocimiento de la ubicación de los extinguidores y demás equipos de seguridad así como de su correcta utilización. En el caso de que alguna sustancia química entre en contacto con la piel (manos, cara y sobre todo con los ojos), debe lavarse la zona afectada con abundante agua durante 15 minutos por lo menos. Cualquier incidente o accidente, por menor que parezca, debe informarse inmediatamente al profesor encargado del grupo. Es responsabilidad del profesor controlar la observancia de las reglas de seguridad. Los alumnos que no desean respetar las reglas no podrán seguir el programa de prácticas. Antes de retirarse del laboratorio, debe dejarse el área de trabajo limpia y lavarse las manos. Cuaderno de notas de laboratorio Las funciones precisas de un cuaderno de notas de laboratorio son registrar lo que se hizo y lo que se observó, es recomendable escribir descripciones muy completas de un experimento con párrafos que presenten formalmente el objetivo, los procedimientos, los resultados y las conclusiones. Un buen cuaderno de notas de laboratorio debe especificar todo lo que se haya realizado, y permitir que la misma persona o cualquier otra reproduzca el experimento en forma estrictamente idéntica en cualquier fecha posterior a la de su realización. Un buen cuaderno de notas debe incluir también todas las observaciones realizadas. Gráficos Cuando se dibuja un gráfico los dos ejes de coordenadas deben estar perfectamente rotulados y escalados. Es habitual y útil trazar un gráfico de los datos experimentales para observar el comportamiento de una magnitud con respecto a su concentración. La

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colocación de los datos, debe ser coherente con el espacio que se le ha destinado al gráfico. Se debe evitar que los datos de un gráfico ocupen solo una pequeña parte de la gráfica. Reporte En el reglamento interno de la Academia de Fisicoquímica se sugiere el contenido del reporte final de la práctica.

III. PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN

3.1.- Citar algunos accidentes que pueden ocurrir en el laboratorio de Fisicoquímica y mencionar como evitarlos. 3.2.-Investigar y citar algunas otras reglas básicas de seguridad que no hayan sido descritas en los fundamentos de esta práctica y que consideres importantes.

IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL

Hacer una inspección del laboratorio y mencionar si las instalaciones son las adecuadas para trabajar con seguridad, anotando las fallas y carencias existentes.

V. CONCLUSIONES

5.1 Obtener las conclusiones pertinentes.

VI. BIBLIOGRAFÍA

1.- Harris, D.C., Análisis Químico Cuantitativo, Segunda Edición, Editorial Reverte, Barcelona España, 2001. 886 pp. 2.- Skoog, D.A., West, D.M., Holler, F.J., Crouch., Fundamentos de Química Analítica, Octava Edición, Editorial Thompson, México, 2006. 1065 pp. 3.- Reglamento Interno de la Academia de Fisicoquímica (anexo).

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PRACTICA No 2

DETERMINACIÓN DE DENSIDAD, EN ALIMENTOS LÍQUIDOS, SÓLIDOS, DETERMINACIÓN DE DENSIDAD APARENTE Y EN PRODUCTOS AIREADOS.

I. OBJETIVOS:

1. Capacitar al alumno en la determinación experimental, de la propiedad fisicoquímica densidad, en alimentos líquidos y sólidos.

2. Determinar experimentalmente la relación que guarda la densidad con la concentración

de algunas soluciones.

3. Conocerá la definición para densidad aparente y como se determina en sólidos.

4. Estimara densidad en productos aireados. II. INTRODUCCIÓN Los líquidos a una presión y temperatura determinadas ocupan un volumen determinado. Introducido el líquido en un recipiente adopta la forma del mismo, pero solo el volumen que le corresponde. Si sobre el líquido reina una presión uniforme, por ejemplo, la atmosférica, el líquido adopta, como veremos, una superficie libre plana, como la superficie de un lago o la de un cubo de agua. Los gases a una presión y una temperatura determinada tienen también tienen un volumen determinado, pero puestos en libertad se expansionan hasta ocupar el volumen completo del recipiente que lo contiene y no presentan superficie libre. En general, los sólidos ofrecen gran resistencia al cambio de forma y volumen, los líquidos ofrecen gran resistencia al cambio de volumen, pero no de forma, y los gases ofrecen poca resistencia al cambio de forma y de volumen. En general los sólidos y los líquidos son poco compresibles y los gases muy compresibles; pero ningún cuerpo (sólido, líquido o gaseoso) es estrictamente incompresible. Densidad La densidad absoluta: se define como la relación de la masa por unidad de volumen de un cuerpo a una temperatura determinada.

Vm

=ρ (1)

donde: m – masa en Kg, SI V – volumen en m3 SI

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La densidad absoluta es función de la temperatura y de la presión. La densidad de algunos líquidos en función de la temperatura. La variación de la densidad de los líquidos es muy pequeña, salvo a muy altas presiones y para todos los cálculos prácticos puede despreciarse. Densidad relativa. Densidad relativa: se define como la relación de la densidad absoluta de la sustancia problema con respecto a la densidad absoluta patrón; lo que lleva a una relación entre la masa de la sustancia problema a la masa de un mismo volumen de agua destilada a la presión atmosférica y 4°C. Es evidente que la densidad relativa es una magnitud adimensional:

w

sr ρ

ρρ = (2)

como Vms

s =ρ y Vmw

w =ρ

Si sustituimos en (2) entonces se tiene: w

s

w

s

r mm

VmVm

==ρ (3)

Mediante el uso del picnómetro (ver figura 1) nos es posible determinar la densidad relativa. Esto de hace pesando el picnómetro vacío perfectamente seco y restándolo de las pesadas del picnómetro con la sustancia analizada y con agua destilada. Así, para un mismo volumen se obtiene la masa de la sustancia estudiada y la masa del agua destilada, aplicando la ecuación (3).

Figura 1. Picnómetro

Las densidades de los líquidos se miden por regla general, bien pesando un volumen determinado del líquido en un frasco de densidades o picnómetro, o bien determinando el empuje que ejerce sobre un determinado objeto sumergible introducido en un líquido (principio de Arquímedes). Pequeñas variaciones de densidad se determinan a veces, mediante la media

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de velocidad de ascenso o descenso de “boyas” de cuarzo de pequeño tamaño sumergidas en el líquido que se prepara de una densidad de amplio campo de aplicación. Cuando se dispone de cantidad suficiente de líquido, la densidad se puede determinar, en forma aproximada, por medio de los hidrómetros (ver figura 2) que son tubos cerrados los cuales contienen en el fondo un material de cierta masa (lastre) y una escala en la parte superior que ha sido graduada previamente en conjunto con el lastre. El hidrómetro se sumerge en el líquido el cual debe estar en una probeta de dimensiones adecuadas y en la escala graduada se puede medir directamente la densidad del líquido. Debido a que los hidrómetros están diseñados para una gama especifica de densidades, éstos se diseñan también específicamente para medir determinados líquidos, por ello que se tienen hidrómetros específicos para determinar la densidad de soluciones azucaradas, disoluciones alcohólicas, etc.

Figura 2. Hidrómetros

Densidad en sólidos. Una característica importante de las partículas de sólidos (tanto las de pequeño tamaño, polvos, como las grandes, frutas) es su densidad. Conviene comenzar distinguiendo entre la densidad por unidad, a veces llamada densidad “real”,y la densidad global o “aparente”. La primera es el promedio de la masa por unidad de volumen de las partículas individuales. Se determina pesando las partículas en aire y determinando su volumen por el desplazamiento de un líquido, generalmente agua. El cociente peso (Kg) dividido por volumen (m3) constituye la densidad real. Si el tamaño de la partícula es pequeño, se emplea un tubo de gradiente que se llena de dos líquidos miscibles de diferentes densidades y se deja equilibrar durante varios días. Se introducen en él perlas de vidrio de densidades conocidas, se mide la altura a que se sitúan, a temperatura constante, y se constituye una grafica representando la densidad en función de la altura. Calibrando así el gradiente, se introduce la muestra y se determina su densidad basándose en la altura alcanzada en el tubo, por referencia a la grafica de calibrado.

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La densidad “aparente” es muy inferior a la densidad por unidad debido al gran número de espacios huecos que quedan entre las partículas. Se determina del mismo modo que la densidad real, salvo que el producto se coloca en un saco de plástico. A veces, para la determinación de volumen, se utiliza el desplazamiento de semillas o arena. Así por ejemplo, el método patrón para determinar el volumen de una hogaza de pan consiste en el desplazamiento de semillas de colaza, que son pequeñas y esféricas y se empaquetan bien y uniformemente. III. PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN

1. ¿Qué diferencia existe entre densidad y peso específico? 2. ¿Qué otros métodos experimentales existen para la determinación de densidad? ¿Tienen

el mismo fundamento de los ya vistos? 3. ¿Bajo que principio trabajan los densímetros? ¿Cuáles son algunas de las escalas

manejadas y por que? 4. Calcular el costo mínimo de la práctica incluyendo materiales y reactivos. 5. Elaborar un diagrama de flujo donde indique la secuencia experimental.

IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL

a) Material y reactivos. 1 Picnómetro o matraz volumétrico de 10mL. 1 Matraz volumétrico de 25ml. 5 Matraces erlenmeyer de 125mL. 2 Pipetas graduadas de 10mL. 2 Pipetas graduadas de 5mL. 1 vaso de precipitados de 100mL. 2 vasos de precipitados de 50mL. 1 Probeta de 10mL. 1 Vaso de precipitados de 1L. 1 agitador metalico. 1 Densímetro

1 Sacarímetro. Agua destilada. Solución de sacarosa 0.5M. Alcohol 96° Jugo de frutas Aceite comestible. Sacarosa en polvo Cloruro de sodio en polvo. Una pieza de panque pequeño. Semilla de nabo.

b) Secuencia experimental. Preliminares. Preparar soluciones 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 molar de sacarosa utilizando la solución estándar 0.5M (preparar 25ml de cada solución). Distribuir dichas solucionasen los 5 matraces erlenmeyer de 125ml y etiquetar correctamente para evitar confusiones. Densidad 1. lavar y secar perfectamente el picnómetro. 2. Pesar en la balanza analítica el conjunto del picnómetro vacío y registrar (mp).

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3. Colocar el picnómetro sobre una superficie absorbente (papel secante). 4. Llenar el picnómetro inicialmente con agua destilada y posteriormente con las sustancias

a estudiar, hasta que casi rebase su capacidad.

5. Introducir el tapón de vidrio en el picnómetro. Esto provocará un derrame de la sustancia utilizada que será absorbido por la superficie secante.

6. Secar perfectamente el exterior del picnómetro.

7. Pesar en la balanza analítica y registrar según el caso : mpw o mps

8. Repetir todos los pasos anteriores según sea necesario.

mp= __________. mpw=___________ . mw=__________.

Concentración. mps ( g ) ms ( g ) 1.0M 0.2M 0.3M 0.4M 0.5M

Tabla 1. Masas de solución de sacarosa a diferentes concentraciones utilizando el picnómetro.

Densidad relativa. Uso de densímetro. 1. Colocar en una probeta de 250 ml aproximadamente 250 ml de la sustancia a

determinar, procurando no incorporar aire y dejar reposar unos minutos. 2. Introducir el densímetro en la probeta evitando que este se golpee con el fondo y pueda

romperse.

3. Una vez que el densímetro se estabilice en el líquido, cuidando que no se apoye en las paredes del mismo, proceda a leer en su escala el valor de la densidad relativa. En el caso de los sacarímetros que son más específicos la escala esta en grados Brix.

4. Registrar las lecturas para las diferentes muestras.

Muestra Densidad relativa.

Densímetro Grados Brix Sacarímetro

Alcohol 96° Aceite comestible.

Jugo de frutas.

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Tabla 2. Densidad relativa de diferentes muestras. Densidad aparente. En sólidos de partícula pequeña. 1. Lavar y secar perfectamente la probeta de 10ml.

2. Pesar en la balanza analítica y registrar ( Pv)

3. Colocar el sólido en la probeta hasta 5ml, procurando que quede el menor número de

espacios huecos entre las partículas.

4. Pesar en la balanza analítica y registrar (Ps).

5. Repetir la misma secuencia experimental para las diferentes sustancias sólidas.

Sólido Peso de la probeta vacía

(Pv) (g)

Peso de la probeta con el solido

(Ps) (g)

Masa del sólido (Ps – Pv) (g)

Sacarosa Cloruro de sodio

Tabla 3. Masas de los sólidos a un volumen constante de 5ml.

De una hogaza de pan. 1. Con la ayuda de una balanza granataria pesar la hogaza de pan sola y registrar (mpan). 2. En un vaso de precipitados de 1L colocar una pequeña cantidad de semilla de nabo,

introducir la hogaza de pan cubierta con una película plástica.

3. Cubrir la hogaza de pan con la semilla verificando que se cubra en su totalidad. 4. Llevar a un volumen total de 1L. Este será el volumen inicial (V1).

5. Sacar la hogaza de pan con cuidado para no perder volumen y medir con la ayuda de

una probeta el volumen de la semilla y registrar. (V2)

Masa del pan (mpan) (g)

Volumen inicial (V1) (mL)

Volumen de semilla desalojada (V2) (mL)

Volumen del pan (Vpan) (mL)

1000

Tabla 4. Masa y volumen de pan para la determinación de su densidad. Densidad en productos aireados

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Efecto de la introducción de aire en la densidad. 1. Con la ayuda de una balanza granataria pesar una probeta limpia y seca y registrar

(mp). 2. Colocar en la probeta 5ml (V1inicial) clara de huevo (previamente filtrada con la ayuda de

una gasa) pesar y registrar ( mp+c).

3. Con la ayuda de un agitador metálico provocar la incorporación de aire mediante la agitación de la clara de huevo en la misma probeta, hasta obtener el triple del volumen inicial de clara de huevo.

4. Dado que existirá un sobrante de clara de huevo, con mucho cuidado por decantación

eliminar el exceso. 5. Teniendo en la probeta el producto aireado procurar compactar para tener un volumen

homogéneo y tener una lectura de volumen en la probeta (V2aireado). 6. Pesar la probeta con el producto aireado (mp+aireado).

Masa de la probeta vacia

(mp) (g)

Masa de la probeta con clara de huevo

( mp+c) (g)

Masa de la clara de huevo

(g)

Volumen inicial (V1inicial) (mL)

5

Tabla 5. Registro de datos de densidad en la clara de huevo. Masa de la probeta

vacia (mp) (g)

Masa de la probeta con el producto

aireado ( mp+aireado) (g)

Masa de el producto aireado

(g)

Volumen del producto aireado

(V2aireado) (mL)

Tabla 6. Registro de de datos para densidad en producto aireado de clara de huevo. V. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES.

1. Calcular la masa del agua destilada mw por diferencia entre la masa del picnómetro con el agua y el picnómetro vació (mw = mpw – mp) y registrar este dato en la tabla 1.

2. Calcular las masas de las soluciones a las diferentes concentraciones por medio de la

diferencia entre las masas del picnómetro con la solución y el picnómetro vacío (ms = mps – mp) y registrar en la tabla 1.

3. Utilizar la ecuación 3 para obtener las densidades relativas de las especies estudiadas y

registre estos datos en forma de tabla.

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4. Elaborar una grafica de densidad contra concentración y visualizar su comportamiento. 5. Para calcular la densidad aparente y en productos aireados utilizar la ecuación 1.

presentar los resultados en forma de tabla. 6. Elaborar una tabla que contenga todos los resultados obtenidos en la práctica.

VI. ANALISIS DE RESULTADOS. Utilizando la grafica obtenida, indicar que tipo de dependencia existe entre la densidad y la concentración de las especies estudiadas. Utilizar métodos de regresión para determinar la ecuación empírica. VII. CONCLUSIONES. ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica? ¿Cuáles serán las aplicaciones más comunes en la industria alimentaria? ¿Qué sugiere para obtener resultados más confiables y precisos? VIII. BIBLIOGRAFIA. 1.- B. Jirgensons y M. E. Straumanis, Compendio de química coloidal, Ed. C:E:C:S:A., México, 1965. 2.- B. P. Levitt, Química Física práctica de Findlay, Ed. Reverté S. A., España, 1979. 3.- S. H. Maron, C. F. Prutton, Fundamentos de Fisicoquímica, Ed. Limusa-Noriega, México, 1993. 4.- D. A. Skoog, Análisis instrumental, Segunda esdición, Ed. Interamericana S. A., México, 1985. 5.- H.G. Muller. Introducción a la Reologia de los Alimentos. Ed. Acribia, España, 1973. 6.- C. Mataix, Mecanica de fluidos y maquinas hidráulicas. Ed, Harla , Mexico 1982.

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PRÁCTICA N° 3

DETERMINACIÓN DE VISCOSIDAD EN ALIMENTOS Y EVALUACIÓN SENSORIAL

I. OBJETIVOS El alumno al finalizar los experimentos: 1.- Diferenciará los distintos métodos para determinar la viscosidad en los distintos tipos de alimentos. 2.- Identificará como se modifican las características sensoriales de los alimentos al diluirlos. 3.- Analizará la relación que hay entre las características fisicoquímicas y las características sensoriales de los alimentos. II. INTRODUCCIÓN Los alimentos se pueden clasificar por la facilidad del paso de la luz a través de él en: transparentes y opacos. Estos debido a su composición química y a las interacciones moleculares se clasifican en soluciones, emulsiones o suspensiones. Cada una de estos grupos de alimentos pueden ser estudiados en cada una de sus propiedades físicas, químicas, fisicoquímicas, reológicas o sus características sensoriales.

Un cuerpo al dejarlo caer en el seno de un líquido o gas experimentará dos tipos de fuerzas, una ascendente que es el empuje que ejerce el líquido o gas sobre el cuerpo y otra de atracción debida a la fuerza gravitatoria de la tierra. Cuando la fuerza de empuje es mucho más grande que la de atracción, el cuerpo no penetrará el líquido o gas, pero si es más pequeña, entonces el cuerpo penetrará y recorrerá todo el líquido o gas.

Imaginemos que una esfera de acero se mueve en descenso en el interior de un líquido contenido en un recipiente que previamente se le hicieron dos marcas (una superior y otra inferior), existe un momento en que alcanza una velocidad límite constante, cuando pasa por la marca superior, se empieza a contar el tiempo y se termina de contar cuando pase por la marca inferior.

Sobre el cuerpo actúan tres fuerzas, el peso (mg), el empuje (E) y la fuerza de rozamiento (Fr). La ecuación del movimiento en forma ascendente es:

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Donde:

dtdvm es el peso del cuerpo en el líquido

gRgR el33

34

34 πρπρ − es el empuje del liquido sobre el cuerpo, debido a la densidad del

cuerpo y la densidad del líquido

6ηπRv es la fuerza de rozamiento

El valor de la velocidad se obtiene dividiendo el desplazamiento x entre el tiempo en el que

tarda el móvil en desplazarse t : txv =

La expresión de la velocidad límite se obtiene cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre la esfera es cero (Ley se Stokes).

( )ηρρ

92 2rg

v lel

−=

En donde:

vl La velocidad límite tiene unidades de m s-1,

ρe y ρf La densidad de la esfera y del líquido respectivamente en kg m-3

r El radio de la esfera en m

g La aceleración de caída de un cuerpo en m s-2

η Es la viscosidad y se expresará en las unidades correspondientes.

F = A dVdx

η ⋅ ⋅

En donde:

η es el coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad del líquido A es el área de contacto del líquido en interior del ducto (capas de líquido en movimiento)

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F es la fuerza que se tiene que aplicar al líquido para moverlo

dxdV

es el gradiente de velocidad perpendicular al movimiento del líquido

La viscosidad de un substancia líquida o gaseosa se define como: La resistencia que opone la substancia al ser desplazada de un punto a otro.Si el líquido es de densidad cercana a la del agua y es transparente, se puede medir su viscosidad empleando un viscosímetro de Ostwald, Fig. de la derecha que es un dispositivo en U de vidrio, que tiene en una de sus ramas un capilar y una esfera entre dos tramos del capilar, en la parte superior de la esfera hay una marca sobre el capilar (a) y en parte inferior hay otra marca (b). Midiendo el tiempo que un líquido tarda en desplazarse desde la marca superior a la inferior, se puede determinar la viscosidad del líquido.

Viscosímetro de Ostwald

Existen otros métodos para determinar la viscosidad de substancias líquidas opacas o semisólidas (elevados contenido de sólidos en un líquido). Estos métodos emplean discos o cilindros que se hacen gira en el interior del material durante un tiempo determinado, como se tiene la velocidad de giro, el diámetro del disco o cilindros y el espesor del mismo y siguiendo las instrucciones del manual de operación se calcula la viscosidad del material.

III. PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN 1.- Explica la diferencia que hay entre un líquido newtoniano y uno no newtoniano. 2.- Explica como influye la fuerza de fricción en el desplazamiento de una substancia. 3.- Deducir la relación matemática de la velocidad de sedimentación y la densidad de las partículas. 4.- Explica la diferencia que existe entre la velocidad de sedimentación y el coeficiente de sedimentación. 5.- Elabora un diagrama de bloques del desarrollo experimental.

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IV. MATERIALES Y EQUIPO Materiales Equipo

Sacarosa comercial Viscosímetro de Disco o Cilindros Sal de mesa Cronómetro Aceite comestible Vernier metálico Bebidas líquidas transparentes Viscosímetro de Ostwald Salsa catsup o puré de jitomate Balanza Analítica Crema comestible Balanza Granataría Otros alimentos indicados por el profesor Agua destilada 2 Matraces aforados de 25 mL 7 Vasos de precipitados de 100 mL 2 Probetas de vidrio de 100 mL 2 Esferas pequeña de acero inoxidable 1 Regla o Escalímetro 6 Vasos de precipitados de 250 mL 1 Jeringa de 10 mL con manguera de latex

V. DESARROLLO EXPERIMENTAL A). Para los alimentos transparentes de baja viscosidad, se puede determinar su viscosidad empleando el viscosímetro de Ostwald: Se preparan una serie de soluciones de sacarosa y otra de sal comestible (cloruro de sodio), de las concentraciones siguientes: 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 molar.

ww

solsol

w

sol

tt

∗∗

=ρρ

ηη

Donde: ηsol es la viscosidad de la solución problema ηw es la viscosidad del agua pura ρsol es la densidad de la solución problema ρw es la densidad del agua pura tsol es el tiempo que tarda en atravesar las dos marcas la solución problema tw es el tiempo que tarda en atravesar las dos marcas el agua pura 1.0. Determinar la densidad (ρ) de cada una de las soluciones y registrar los datos obtenidos en la tabla respectiva: 1.1. Para la determinación de la viscosidad de las soluciones se emplea el viscosímetro de

Ostwald, lavarlo perfectamente así como las pipetas a utilizar.

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1.2. Agregar 5 mL de agua destilada al viscosímetro (manejarlo con precaución para no romperlo). 1.3. Con una jeringa conectada a la rama del capilar del viscosímetro, succionar hasta que el nivel del líquido se encuentre por encima de la marca superior. 1.4. Retirar la jeringa para permitir que el líquido se desplace en forma descendente. 1.5. Con un cronómetro iniciar el conteo del tiempo cuando el menisco del líquido se encuentre en la marca superior del capilar. 1.6. Detener el cronómetro al momento que el menisco del líquido pase por la marca inferior del capilar, registrar el tiempo en la tabla. 1.7. Repetir los pasos 1.3 a 1.6 dos veces (en caso de que los tiempos tengan una diferencia muy grande entre ellos, repetir la secuencia indicada una vez más). 1.8. Retirar el agua del viscosímetro y agregar al mismo la solución de sacarosa más diluida, y repetir la secuencia de pasos de 2.2 a 2.6, anotando los tiempos de flujo. 1.9. Hacer lo mismo para todas las demás soluciones de sacarosa y las soluciones de sal. 1.10. Repetir el paso anterior al agregar bebidas (refresco, vino blanco, cerveza, bebida

energética) al viscosímetro, anotando el tiempo de flujo de cada una. 1.11. Observar las características de las distintas soluciones de sacarosa y sal (olor, sabor,

color, consistencia), registrarlo. B). Para los líquidos transparentes con elevada viscosidad se empleará el método de caída de una esfera. En una probeta de vidrio transparente de 50 o 100 mL, previamente lavada y seca, medir la distancia que hay entre la última marca superior y otra a los 5 o 10 mL, registrar esta distancia. Nota importante: Determinar la densidad y el radio de la esfera de acero inoxidable, para la densidad es necesario medir el diámetro de la misma (hacerlo con el vernier) y su masa (empleando la balanza analítica), lavarla y secarla previamente (manipularla con manos limpias o con guante de cirujano puesto). 2.1 Llenar la probeta con una solución preparada con 60 % de agua y 40 % de sacarosa, p/p, hasta casi la totalidad de la capacidad (dejar entre 1 y 1.5 cm de distancia desde el borde). 2.2 Dejar caer una esfera de acero inoxidable al centro de la probeta, accionar el cronómetro

cuando la esfera pase frente a la marca superior y detenerlo cuando la esfera cruce la marca inferior (ambas marcas definidas con anterioridad), registrar el tiempo, en la tabla respectiva.

2.3 Repetir el punto anteriores, lavando previamente la probeta agregar aceite comestible. 2.4 Observar las características de las substancias empleadas de (olor, sabor, color,

consistencia), registrarlo. C). Para alimentos opacos, emplear el viscosímetro de discos o cilindros, siguiendo las instrucciones del manual de operación del instrumento.

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3.1 En un vaso de precipitados de 250 mL agregar el alimento (salsa catsup), hasta cubrir el juego de cilindros y/o discos, observar que puedan girar libremente en el interior del vaso. 3.2 Accionar el mecanismo de giro y seguir las indicaciones del profesor para dar el tiempo de agitación. 3.3 Siguiendo instrucciones del manual de operación del equipo, determinar el valor de la viscosidad, registrarlo en la tabla correspondiente. 3.4 Repetir el procedimiento anterior con una disolución de la salsa al 50 %, observar la diferencia con el producto original (aspecto, olor, color, sabor, consistencia). 3.5 En otro vaso de precipitados agregar otro alimento (por ejemplo: crema) y repetir los pasos 3.1 a3.3, registrar la viscosidad. 3.6 Repetir el procedimiento anterior con una disolución del alimento al 50 %, observar la diferencia con el producto original (aspecto, olor, color, sabor, consistencia). VI. RESULTADOS 1.- Determinar la viscosidad de cada substancia empleando la ecuación respectiva:

Tabla N° 1: Densidad y viscosidad de las soluciones de sacarosa y sal.

Concentración (M)

ρsacarosa (kg/m3) ηsacar.(kg/m s) ρsal (kg/m3) ηsal (kg/m s)

0 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

2.- Registro de las viscosidades por el método de caída de la esfera, de las otras substancias empleadas:

Alimento d (m) t (s) v (m s-1) η (kg m-1s-1) Sacarosa (40/60)

Aceite Tabla N° 2: Viscosidad de alimentos determinada por el método de

caída de la esfera. 3.- Registro de las viscosidades (empleando el método de discos o cilindros), de los alimentos empleados:

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Alimento t (min) η (kg m-1s-1) Salsa catsup

Salsa catsup al 50 % Crema

Crema al 50 % Tabla N° 3: Viscosidad de alimentos determinada por el método de discos o cilindros.

4.- Registro de las características sensoriales de las soluciones y alimentos empleados, para esta tabla especificar una escala particular para diferenciar las características (se sugiere que se empleen signos de más (+) para indicar la intensidad de la característica).

Alimento Sabor Color Olor Consistencia Apariencia

Tabla N° 4: Características sensoriales de los alimentos empleados.

VII. TRATAMIENTO DE RESULTADOS 1.- Trazar las gráficas de viscosidad (eje de las ordenadas) vs. concentración (eje de las absisas), de las soluciones de sacarosa y sal, en una misma hoja explica la diferencia en base a las características químicas de las substancias que se emplearon. 2.- De acuerdo con los métodos empleados, explica que diferencias existen en cada uno (tanto en la rapidez de obtención de resultados como de uso y precauciones para determinar la viscosidad). 3.- Explica como se modifican las características sensoriales de los alimentos al modificar su formulación original.

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VIII.- CONCLUSIONES En base a los alimentos empleados, las diluciones realizadas para cada uno, los valores de viscosidad y las características sensoriales, explica ampliamente la relación existente entre los parámetros analizados. ¿Que conclusiones se pueden aportar de los experimentos realizados.? ¿Que sugerencias se pueden dar para mejorar el desarrollo experimental de la práctica.? IX.- BIBLIOGRAFÍA 1.- Atkins, P.W., Fisicoquímica, Fondo Educativo Interamericano, México 1985, pág. 969 2.- Castellan, W. Gilbert, Fisicoquímica, 2da. Edición, Addison Wesley Ongman, México 1987, pág. 1057 3.- Corrales Z.J.A., Curso de Química Física, Aguilar S.A., Ediciones, España 1974, pág. 464 4.- Earle, R. L., Ingeniería de los Alimentos, Alambra S.A., España 1979, Pág. 332 5.- Gasstone, Samuel, Tratado de Química Física, 1ª edición, Aguilar Ediciones, España 1979, pág. 1180 6.- James, Arthur M. Practicar Physical Chemistry, 2ª edition, J & a Churchill LTD, Great Britain 1967 pág. 361 7.- Jirgensons B., Straumanis M.E., Compendio de Química Coloidal, CECSA, México 1965, pág. 610 8.- Laidler, Keith J. Y Meiser John H., Fisicoquímica, CECSA, México, 1997, pág. 987 9.- Levine, Ira N., Fisicoquímica, 4ª edición, McGraw-Hill, España 1996, pág. 1002 10.- Moora, Walter J., Fisicoquímica Básica, Prentice Hall Hispanoamericana S.A. México 1986, pág. 734 11.- Myers, Drew, Surfaces Interfaces and Colluids, Principles and Aplications, VCH Publixhers Inc. USA 1991, pág. 433 12.- Schukin E.D. et.al., Química Coloidal, Editirial Mir, URSS 1988, pág. 383 13.- Shaw Duncan J., Introducción a al Química de Superficies y Coloides, Alhambra S.A. España 1977, pág. 276 14.- Somorjai G.A., Fundamentos de Química de Superficies, Alhambra S.A., España 1975, pág. 339

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PRÁCTICA 4

PROPIEDADES DE LAS SUSPENSIONES Y COLOIDES . GELIFICACIÓN EN ALIMENTOS I. OBJETIVOS. 1.- Establecer la diferencias fisicoquímicas entre una suspensión, una solución y un coloide. 2.- Comprender algunos aspectos fisicoquímicos relacionados con algunas propiedades coligativas de los coloides empleados en los alimentos. II. INTRODUCCIÓN Los constituyentes de los alimentos tienen la capacidad de interaccionar a través de sus diferentes grupos activos, dando como resultado la formación de una estructura tridimensional estable que se refleja en el estado físico, la apariencia y la textura global de cada producto; tenemos que las macro y macromoléculas de los tejidos vegetales y animales cuentan un alto grado de organización, formando células que son la base de la estructura de estos alimentos. Otro tipo de organización molécula es la que producen los coloides, grupo al que pertenecen la mayoría de los alimentos sin una estructura celular. Todos los componentes de los alimentos se encuentran en uno de los siguientes estados de dispersión: a) dispersión molecular o verdadera solución; b) dispersión coloidal, y c) dispersión gruesa; la diferencia entre ellos se basa fundamentalmente en el tamaño de partículas que tengan sus moléculas. La verdadera solución está formada por una sola fase constituida por moléculas de bajo peso molecular, como sales y azúcares que se disuelven rápidamente y de manera homogénea con el agua. Los polímeros, como el almidón o las proteínas, no se disuelven sino que forman un estado de dispersión heterogéneo llamado coloide, compuesto por dos fases distintas. El tercer estado de dispersión es la dispersión gruesa, en el que las partículas son de un tamaño mayor y tienden a sedimentarse. Los coloides se caracterizan por estar formados por dos o más fases: una discontinua, llamada fase dispersa o externa, y la otra continua, llamada fase dispersante o interna, que normalmente es agua o un aceite. Las partículas de mayor tamaño forman la fase dispersa y se encuentran distribuidas entre las moléculas de bajo peso molecular de la fase dispersante. Para que un sistema de este tipo tenga características coloidales típicas, el tamaño de las partículas de la fase dispersa debe estar dentro de las dimensiones correspondientes (de 10 a 100 A); estos límites no son muy precisos: existen partículas de mayor tamaño que continúan presentando propiedades de coloide. Las propiedad coligativas y características físicas de los sistemas coloidales son muy diferentes a las de sistemas homogéneos como las verdaderas soluciones. Estas diferencias se acentúan más aún cuando se trata de sistemas multiformes, en cuyo caso un sistema coloidal simple puede ser la fase dispersa de una fase dispersante más compleja.

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Los coloides se clasifican como hidrofílicos (“que tienen afinidad con el agua”) o hidrofóbicos (“que no tienen afinidad asía el agua”) basándose en las características superficiales de las partículas dispersas. Hidrofílicos Las proteínas, como la hemoglobina que transporta el oxígeno, forman soluciones hidrofílicas, cuando quedan en suspensión en los fluidos salinos del cuerpo como el plasma sanguíneo. Estas proteínas son macromoléculas (moléculas gigantes) que se doblan y circulan en un medio acuosa, de manera que los grupos polares están expuestos al fluido, mientras que los grupos no polares quedan en el interior. El protoplasma y las células humanas son ejemplos de geles, que son tipos especiales de soluciones en los cuales las partículas sólidas (en este caso muchas proteínas y carbohidratos) se juntan en una estructura cristalina semirrígida que contiene en su interior al medio dispersante. Otros ejemplos de geles son la gelatina, las jaleas y los precipitados gelatinosos como Al(OH)3 y Fe(OH)3. Hidrofóbicos Los coloides hidrofóbicos no pueden existir en disolventes polares sin la presencia de agentes emulsificantes o enaulsificadores. Estas sustancias recubren a las partículas de la fase dispersa para evitar que coagulen y las fases se separen. La leche y la mayonesa son ejemplos de coloides hidrofóbicos (grasa de leche en la leche, aceite vegetal en la mayonesa) que permanecen en suspensión con ayuda de agentes emulsificantes (cafeína en la leche y clara de huevo en las mayonesas). Considérese la mezcla resultante al agitar vigorosamente en aceite para ensaladas (no polar) y el vinagre (polar). Las gotitas de aceite hidrofóbico quedan temporalmente en suspensión en el agua. Sin embargo, en poco tiempo las moléculas de agua, que son muy polares y se atraen con fuerza, repelen a las moléculas no polares del aceite. El aceite se fusiona y comienza a flotar en la parte superior. Si se añade un agente emulsificante, como la yema de huevo y se agita o bate la mezcla, se forma una emulsión estable (mayonesa). Geles Son sistemas formados por una red continua de macromoléculas interconectadas y entrelazadas en una estructura tridimensional en la que la fase continua de agua queda atrapada. Se pueden concebir como un estado en el que las macromoléculas coloidales se orientan formando fibrillas que al interaccionar entre ellas constituyen un cuerpo básico o “esqueleto” que sirve de soporte para absorber el agua que las rodea. Los principales geles que encontramos en alimentos están compuestos por distintos polisacáridos y proteínas que melifican con diferentes grados de elasticidad y rigidez. Los factores que influyen en la formación de geles son la naturaleza y la concentración del coloide, la concentración de sales, el pH y la temperatura del sistema. Los coloides hidrófilos producen geles más rápidamente que los hidrófobos, ya que tienen más afinidad por las moléculas de agua que los rodean. Las sales divalentes (calcio y magnesio) aceleran la gelificación de polímeros como las pectinas, mientras que los monovalentes (potasio), lo hacen con la carragenina. A medida que se reduce la temperatura se acelera la formación del gel,

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mientras que las altas temperaturas inducen su licuefacción ya que el perfil de temperaturas a las que se llevan estos dos procesos son diferentes. III. PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN. 1- Definir conceptos de suspensiones y coloides, mencionando sus diferencias. 2- Definir el efecto Tyndall. 3.- ¿A qué se le llama sistema disperso? 4.- De acuerdo a las fases por las cuales están formados los coloides, ¿Qué son los soles, las espumas y las emulsiones? 5.- En que consiste el proceso de gelificación. 6.- Realice un diagrama de flujo del desarrollo experimental. IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL. a) Material y reactivos

Materiales Sustancias y Reactivos Matraces Erlenmeyer 250 ml 1 nopal mediano Agitadores de vidrio 1 sobre de polvo para gelatina de agua Vasos de precipitado de 500 ml Azufre en polvo (de venta en farmacias) 1 Vaso de precipitado de 1000 ml Etanol 4 Vasos de precipitado de 250 ml Cloruro de Calcio 0.6 M 1 Probeta de 100 ml. Pectina Papel filtro Fosfato de sodio Cartulina Negra Azúcar granulada fina

Acido cítrico Equipo Citrato de sodio

Parrilla de calentamiento Almidón de maíz Balanza granataria Fosfato dicálcico anhidro Viscosímetro de Brookfield Lámpara de mano

Colorante para alimentos

b) Secuencia experimental b.1 Identificación de una solución, una suspensión y coloide b.1.1.- Etiquetar 3 matraces erlenmeyer con los letreros de: 1-agua, 2.- etanol, 3- etanol-agua. b.1.2.- Agregar hasta la mitad del matraz respectivo: agua, etanol y una mezcla con la misma

cantidad de agua y etanol. Con una espátula añadir cuidadosamente 0.5 g de azufre en polvo a los rascos etiquetados con el número 1 y 2.

b.1.3.- Agitar fuertemente con una varilla de vidrio diferente cada matraz. Dejar reposar 1 minuto y observar. b.1.4.- Añadir un poco del líquido del matraz 2 al matraz 3, hasta que se observe un cambio. b.2- Efecto Tyndall

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b.2.1.- Colocar un fondo negro (con la cartulina) b.2.2.- Poner enfrente del fondo negro, y por separado cada uno de los matraces del experimento anterior. b.2.3.-Con una lámpara de mano hacer incidir luz a través de la solución, de preferencia en un lugar con poca luz. Colocarse frente al matraz de manera que quede a la altura de los ojos. (Puede usarse un señalador de laser para que el haz de luz incidente no se disperse) b.2.4.- Describir que se vio en cada caso y argumentar cual es el coloide. b.2.5.- Después de ver con la lámpara, dejar reposar por 15-20 minutos todos los frascos. b.3.- Coloide Natural b.3.1.- Cortar en cuadritos un nopal mediano sin espinas. Colocar los cuadritos en un vaso de precipitados con 250 ml de agua. b.3.2.- Calentar el contenido hasta el hervor. b.3.3.- Una vez hervido durante 10 minutos, dejar enfriar un poco y decantar. b.3.4.- El líquido separado se diluye con agua en una relación 1 a 1.Pasar por un papel filtro. b.3.5.- Al filtrado colocarlo en un matraz erlenmeyer y repetir el efecto Tyndall. b.3.7.- Realizar lo mismo con una solución caliente de gelatina b.4. Efectos de la concentración sobre la viscosidad b.4.1. - Pese 12 g. de Pectina. b.4.2. - Vierta 400 ml de agua destilada en el vaso de precipitados para mezclar que se va utilizar. Agite suavemente el agua y agregue poco a poco la pectina. una vez que se ha logrado una solución viértala a un vaso de precipitados de 600 ml. b.4.3. – Transfiera 200 g, 133 g y 50 g de la solución anterior, a vasos de precipitado separados. Complete el volumen total de cada vaso a 200 ml con agua destilada. Determine las concentraciones de la solución resultante en cada vaso. b.4.4. – Mida la viscosidad de cada solución con un viscosímetro Brookfield, utilizando un rotor núm. 3 y registre los resultados. b.4.5. – Agregue 4 g. de fosfato de sodio a cada una de las soluciones de Pectina. Mezcle y vuelva a determinar la viscosidad. b.5.- Gelificación por difusión. b.5.1. – En un vaso de precipitados con 100 ml de agua fría agregue 50 g. de azúcar granulada fina y 2.5 g. de pectina, agite de manera constante. b.5.2. – Cuando se aprecie una solución agregue 3 gotas de colorantes para alimentos y 1.5 ml de CaCl2 0.6 M, a la solución. b.5.3. – Agite durante un minuto y tape el vaso, deje reposando 24 horas. b.6. Gelificación interna b.6.1. - En un vaso de precipitados con 100 ml de agua fría agregue 50 g. de azúcar granulada fina, 2.5 g. de pectina, 3 gotas de colorante para alimentos, 2 g citrato de sodio, 0.3 g de

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hidrógeno fosfato de calcio anhidro y 2 g de ácido cítrico; agite de manera constante y mezcle perfectamente. b.6.2. – Tape el vaso de precipitados y deje reposando 24 horas. b.7. Determinación de la temperatura de gelitinización b.7.1. En un vaso precipitados vierta 100 ml de agua y agruegue 25 g. de almidón de maíz, mezcle hasta apreciar una suspensión. b.7.2. Caliente la suspensión y observe y anote a que temperatura se aprecia que el almidón ha absorbido gran cantidad de agua. V.-TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMETALES 1.- Identificación de una suspensión, solución y coloide. De acuerdo a las observaciones realizadas, registrelas y determine si se trata de una solución, una suspensión y un coloide. Explique el por que. 2.- Efecto Tyndall. Describir que se vio en cada caso y argumentar cual es el coloide. 3.- Coloide Natural. Hacer observaciones globales, discutir y concluir acerca del experimento. 4.- Efectos de la concentración sobre la viscosidad. Trace las gráficas de viscosidad con relación a la concentración y determine la relación existente entre ellas. 5.-Gelificación por difusión e interna. Compare el aspecto, la firmeza y la textura de los dos geles, determine las características fisicoquímicas que marcan la diferencia entre los dos geles, y establezca las propiedades coligativas que marcan la diferencia entre los dos geles. 6.- Determinación de la temperatura de gelitinización ¿Qué sucede con el almidón al incrementarse la temperatura? Describa que ocurre en su estructura molecular Compare la temperatura de gelitinización experimental con el dato bibliográfico. VI. ANALISIS DE RESULTADOS 1.- ¿Qué diferencia a una suspensión de un coloide?¿Que diferencias se existen al observar el efecto Tyndall en los diferentes matraces? 2.- ¿Qué parámetros afectan el proceso de gelificación? 3.- Construir la gráfica de viscosidad contra concentración, ¿qué tendencia se aprecia?

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4.- ¿Cuál es la diferencia entre los dos geles? ¿Qué mecanismos están interviniendo en cada uno de ellos? ¿cuál de los reactivos que los conforman esta determinando su forma de cuajamiento? ¿cómo contribuye el azúcar para la gelificación? ¿cuál es la función del alginato de sodio-calcio? VII. CONCLUSIONES 1.- ¿Qué aplicaciones tienen en la industria alimenticia los coloides? 2.- ¿Qué utilidad práctica se le puede dar a los datos graficados de concentración contra viscosidad? 3.- ¿Qué otros coloides se pueden utilizar para provocar la gelificación en alimentos? 4.- Consulte la “:NORMA Oficial Mexicana NOM-185-SSA1-2002, Productos y servicios. Mantequilla, cremas, producto lácteo condensado azucarado, productos lácteos fermentados y acidificados, dulces a base de leche. Especificaciones sanitarias. “ y mencione como intervienen los coloides en los diferentes procesos que en la norma se mencionan. VIII. BIBLIOGRAFIA 1.- Baudi, D. S., Química de los alimentos. Ed. Alhambra Mexicana. México, 1981.pag.430. 2.- Miller, D.D., Química de los alimetos. Ed. Limusa Wiley. México 2004. pag.173 3.- Martínez,N.N., Andrés G. A., Chiralt B. A., Fito M.P. Termodinámica y cinética de sistemas alimento entorno. Universidad Politécnica de Valencia España – Instituto Politécnico Nacional. México 1999. pag.375. 4.- Castellan,W.G. Fisicoquímica. Ed. Addison Wesley Ongman.2da edición. México 1987. pag 1057. 5.- NORMA Oficial Mexicana NOM-185-SSA1-2002, Productos y servicios. Mantequilla, cremas, producto lácteo condensado azucarado, productos lácteos fermentados y acidificados, dulces a base de leche. Especificaciones sanitarias

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PRACTICA NO. 5

CINETICA ENZIMATICA I. OBJETIVOS a) El alumno conocerá como influye el cambio de pH sobre la actividad de la enzima

transaminasa b) El alumno conocerá como afecta la temperatura a la actividad de la enzima transaminasa II. INTRODUCCION

La actividad de las enzimas y sus características se estudian en las células integras o en el tubo de ensayo. Se han desarrollado técnicas histoquímicas que permiten localizar y valorar las enzimas intracelulares en cortes histológicos. Gran parte de los conocimientos sobre las enzimas proviene de su estudio en el tubo de ensayo.

Son varios los elementos capaces de influir en la acción de las enzimas, ya sea

acelerándolas o retardándolas, según sus características.

• Temperatura La elevación de la temperatura incrementa la velocidad de una reacción catalizada por enzimas. Al principio la velocidad de reacción aumenta cuando la temperatura se eleva debido al incremento de la energía cinética de la energía de las moléculas reactantes. Sin embargo, al final, la energía cinética de la enzima excede a la barrera energética para romper los enlaces débiles de hidrogeno que conservan su estructura secundaria y terciaria. A esta temperatura predomina la desnaturalización con pérdida precipitada de la actividad catalítica. Por tanto las enzimas muestran una temperatura óptima de acción. Los limites de actividad para la mayor parte de las enzimas tiene lugar entre los 10°C y 50°C; la temperatura optima para las enzimas en el cuerpo se encuentran alrededor de 37°C. El factor por el cual un proceso biológico aumenta para un incremento de temperatura de 10°C es el coeficiente de temperatura o Q10. El Q10 para la mayor parte de las enzimas varía entre 1.5 y 3.

• pH

La intensidad máxima de la actividad de la enzima, ocurre en el pH óptimo, con rápida disminución de la actividad a cada lado de este valor de pH. La actividad óptima generalmente se observa entre los valores de 5 y 9.

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El pH óptimo de una enzima puede guardar relación con cierta carga eléctrica de la superficie, o con condiciones optimas para la fijación de la enzima a su sustrato. Cuando hay un exceso de iones hidrogeno, las enzimas los unen a sus moléculas y ante un déficit los ceden. Este cambio tiene una doble consecuencia sobre la molécula. Como todas las proteínas, las enzimas desempeñan su función por los residuos de aminoácidos; algunos confieren a su superficie una distribución de cargas eléctricas. Cuando la concentración de iones hidrogeno es muy baja en comparación con la concentración optima, la molécula los cede desapareciendo cargas positivas o apareciendo cargas negativas en su superficie. Ante una concentración elevada de iones hidrogeno, algunos se fijan a la molécula desapareciendo cargas (-) o poniendo cargas (+) que no existían. Así mismo al cambiar las cargas eléctricas en los residuos de aminoácidos se alteran los lazos de unión dentro de la molécula variando su acomodo tridimensional con recuperación de la actividad de la enzima.

• Transaminasas o transferasas

Este tipo de enzimas se encargan de transferirle grupo amino del glutamato a muchos α-cetoácidos. La mayor parte de los aminoácidos comunes se pueden formar por transaminación. Durante la transaminación, el grupo amino del aminoácido donador pasa al α-cetoácido aceptor, con lo cual se forma el α-cetoácido del aminoácido donador y el aminoácido del α-cetoácido aceptor original.

COOH

C HNH2

CH2

Alanina

COOH

C O

CH2

CH2

COOH

COOH

C O

CH3

COOH

C H

CH2

NH2

CH2

COOH

++

α-cetoglutarato Acido Pirúvico Acido Glutamico

alanina-glutamicotransaminasa

III. PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN 1. Defina el concepto de enzima y cual es su función 2. Explique cuales son las propiedades de las enzimas 3. Dé la clasificación de las reacciones enzimáticas 4. Mencione cuales son las principales enzimas 5. Diga cuales son las propiedades generales de las enzimas

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6. ¿Que otro tipo de enzima se puede emplear en la realización de la práctica? 7. ¿Que es un inhibidor? 8. Realice el diagrama de bloques del desarrollo experimental IV. MATERIAL, REACTIVOS Y SOLUCIONES 4.1. MATERIAL Y EQUIPO

10 Tubos de ensayo 2 vasos de precipitado 250 ml 4 pipetas graduadas 1 ml 4 pipetas de 5 ml 2 pipetas de 10 ml 1 pipeta Pasteur 2 tubos de centrifuga Centrifuga Tubo homogenizador

Gradilla Parrilla Termómetro Piceta Espectrofotómetro UV-Visible y celdas

de cuarzo o vidrio Hielo Embudo de vidrio Gasa

4.2. REACTIVOS

10 gramos de chicharos frescos (Los alumnos lo deben traer el día de la práctica). Sol. Amortiguadora de TRIS(Tris(hidroximetil)aminometano)-HCl 40 mM, EDTA 0.25 mM, pH

7.5 Sol. Amortiguadora de TRIS-HCl 0.1 M, pH 7.5 Sol. Amortiguadora TRIS-HCl 0.1 M, pH 10 Sol. Amortiguadora de acético-acetato 0.1 mM, pH 5 Sol. NaOH 0.1 N Sol. Patrón de Ácido Pirúvico 0.5 mM Sol. Ácida de 2,4-dinitrofenilhidrazina 1.5 mM Sustrato para la enzima: a. aspártico 0.1 mM, α-cetoglutarato 0.1mM, TRIS-HCl 0.1 M, pH

7.5 V. DESARROLLO EXPERIMENTAL

A. OBTENCION DE LA ENZIMA o Pesar 10 gramos de chicharos o Picarlos y homogenizar con TRIS-HCl 40mM, pH 7.5 o Filtrar y centrifugar 3500 rpm, durante 5 minutos. o El sustrato obtenido se debe mantener a una temperatura de 4°C.

B. EFECTO DEL pH

o Se preparara la siguiente serie de tubos: o LA SERIE SE JUNTA CON LOS INCISOS C Y D, Y SE INCUBAN A 37°C DURANTE 30 MIN.

TUBO A (PH 5) mL TUBO B (PH 10) mL

SUSTRATO 0.2 0.2 AMORTIGUADOR PH 5 0.8 ----

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AMORTIGUADOR PH 10 ---- 0.8 ENZIMA 0.2 0.2 ABSORBANCIA

Tabla No. 1

C. EFECTO DE LA TEMPERATURA

o Se preparara la siguiente serie de tubos:

4 °C 25 °C 50 °C SUSTRATO 0.2 0.2 0.2 AMORTIGUADOR PH 7.5 0.8 0.8 0.8 ENZIMA 0.2 0.2 0.2 ABSORBANCIA

Tabla No.2

D. CURVA PATRON DE ACIDO PIRUVICO o Se prepara la siguiente serie de tubos: o LA SERIE SE JUNTA CON LOS INCISOS B Y C, Y SE INCUBAN A 37°C DURANTE 30 MIN.

1 2 3 4 5 6 AGUA 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 PATRON ---- 0.1 0.2 0.4 0.8 1.0 SUSTRATO 1 0.9 0.8 0.6 0.2 ----

Tabla No. 3

o Agregar a todos los tubos 1 ml de 2,4-dinitrofenilhidrazina o Agitar y dejar 20 minutos a temperatura ambiente o Agregar 5 ml de NaOH y agitar o Esperar 5 minutos y leer absorbancia a 505 nm.

VI. TRATAMIENTO DE DATOS

1. Realizar los cálculos para encontrar las concentraciones de cada tubo (tabla No. 3), utilizando la siguiente formula: CiVi=CfVf

DONDE: Cf = Concentración final del tubo Ci= Concentración inicial de la solución patrón (0.5mM)

Vf = Volumen agregado de la solución patrón a cada tubo

2. Llenar la tabla No. 4 con los datos de absorbancia a 505nm obtenidos en el inciso D y de concentración en el punto 1. (tratamiento de datos)

3. Construir la curva patrón o de calibración de Ácido Pirúvico (Absorbancia contra concentración mM)

4. Realizar el ajuste de la curva y encontrar la ecuación de la recta (y = mx+b), así como, R2.

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TUBO ABSORBANCIA(505 nm)

[PATRON] Mm

1 2 3 4 5 6

TABLA NO. 4 CURVA PATRON DE ACIDO PIRUVICO

5. Se construirá una grafica de pH vs. Velocidad inicial (Vo). Para esto se tienen que realizar los siguientes cálculos de concentración utilizando la ecuación obtenida en 4): y=mx+b. Se sustituirán las absorbancias obtenidas a pH de 5 y pH de 10 en la Y; además se convertirán los resultados de mM a μM.

0197.00086.0−

=yx

donde: =y Absorbancia a pH=5 y pH

x = C = concentración (mM)

Ahora tenemos que calcular la velocidad inicial. Esta se calculara con la formula:

(min))(

tmolesCVo

μ=

minmin 30)(

:5 1 MMCVpH o

μμ== minmin30

)( :10 2 MMCVpH o

μμ==

En la tabla 5, se vaciaran los datos de pH, volumen y velocidad inicial muestran los datos para hacer la grafica de pH (eje absisas) vs. Vo (eje de ordenadas)

TUBO ABSORBANCIA [CONC] μM

VO μM/min.

PH 5 PH 10

TABLA 5.

6. En este punto se construirá una grafica de temperatura vs. Vo. Con los siguientes cálculos se obtendrán los datos para hacer la grafica. También se utiliza la ecuación de la curva patrón para hallar las concentraciones. Se sustituirán las absorbancias obtenidas a las diferentes temperaturas (Y).

Nota: Es necesario convertir resultados de concentración en mM a �M.

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Donde:

0197.00086.0−

=y

x =y Absorbancia a 4°, 25° y 50°C

=x C = Concentración mM A continuación se calculara la velocidad inicial a 4°, 25° y 50 °C, con la formula:

(min))(

tmolesCVo

μ=

donde : 0V = velocidad inicial C = Concentración (μmoles) a 4°, 25° y 50°C t = Tiempo = 30 min 7.- Llenar con los datos obtenidos anteriormente la tabla 6 y realizar la gráfica de Vs 0V

Temperatura (°C)

TUBO ABSORBANCIA [CONC] mM

[CONC] μM

VO μM/ min.

4 °C 25 °C 50 °C

TABLA 6. VII. ANALISIS DE RESULTADOS 1) De acuerdo a los resultados obtenidos, que sucede a pH acido y a pH alcalino. Dar una

breve explicacion. 2) Asi mismo, ¿qué efecto tuvo la temperatura?. 3) ¿Que otros tipos de alimentos puede utilizar para extraer la enzima para este experimento?

de al menos 5 y como se lleva a cabo la extracción en dos de ellos 4) ¿Que aplicación tiene este experimento en la ingenieria de alimentos? 5) ¿Cual es la finalidad de construir una curva patrón?, ¿Es confiable la curva de calibración

obtenida?, si, no, ¿porque?. 6) ¿En caso de que no sea confiable la curva de calibración que se necesita hacer?. 7) Mencione algunas aplicaciones a su carrera y busque un artículo científico relacionado con la

práctica (No de internet). 8) Mencione algunas sugerencias para mejorar la práctica. NOTA: No olvidar poner la memoria de calculos

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VIII. BIBLIOGRAFIA 1) Mathews, c. k. y van holde, k. e. Bioquímica, McGraw Hill interamericana, 2ª. Ed., españa,

1998.White, a., Handler, P., Smith, e., Hill, R., Lehman, R. Principios de bioquímica, McGraw hill, 1989.

2) Manual de prácticas de Universidad Autónoma Metropolitana. 3) Horton, Moran, Ochs, Bioquímica, Prentice-Hall Hispanoameriana, S. A.1a Edición, México,

1995.

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PRÁCTICA N° 6

DETERMINACION DEL INDICE DE REFRACCIÓN Y SU APLICACIÓN EN EL

PROCESAMIENTO DE LOS ALIMENTOS. I. OBJETIVOS a) El alumno aprenderá el manejo del refractómetro de Abbe correctamente. b) El alumno construirá curvas de calibración a partir de soluciones patrón de NaCl y Sacarosa c) El alumno determinará el índice de refracción de diferentes alimentos a partir de las curvas de calibración, con la finalidad de conocer la concentración de NaCl y Sacarosa en dichos productos alimenticios. II. INTRODUCCIÓN

Índice de refracción

Cuando la radiación luminosa atraviesa un medio transparente se produce una interacción entre el campo eléctrico de ésta y los electrones de enlace del medio. Como consecuencia, la velocidad de la propagación de la onda electromagnética es menor que en el vacío. El índice de refracción de una sustancia ni a una longitud de onda i está dado por la

relación nii

= cv

Donde: vi es la velocidad de propagación de la onda en el medio y c es la velocidad de propagación de la onda en el vacío (es constante en todas las condiciones), el índice de refracción de muchos líquidos varía entre 1.3 y 1.8; y de 1.3 a 2.5 o mayor para los sólidos.

El índice de refracción de una sustancia se determina ordinariamente midiendo el cambio de dirección (refracción) de una radiación colimada cuando pasa de un medio a otro como se representa en la figura 1.

2

1

2

1

sen sen =

vv=in

θθ

Donde:1 es la velocidad de propagación en

el medio menos denso M1 y v2 es la velocidad en el medio M2; y θ1 y θ2 son los ángulos de incidencia y refracción respectivamente.

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Figura 1.- Refracción de la luz al pasar de un medio a otro.

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El instrumento más cómodo y generalizado para la medición del índice de refracción es el refractómetro de Abbe. La figura 2 muestra un diagrama esquemático de su sistema óptico. La muestra está contenida como una delgada capa entre dos prismas. El prisma superior está firmemente montado sobre un punto de apoyo que permite su rotación por medio del brazo lateral mostrado en líneas de trazo. El prisma inferior forma bisagra con el superior para permitir su separación para limpieza y colocación de la muestra. La cara del prisma inferior tiene un esmerilado grueso; cuando la luz se refleja en el prisma, esta superficie se convierte en la fuente de un número infinito de rayos que atraviesan la muestra en todos los ángulos. La radiación es refractada en la superficie de separación de la muestra y la cara esmerilada del prisma superior, de la cual pasa al telescopio fijo. Dos prismas de Amici, que pueden hacerse girar uno con respecto al otro sirven para recoger los rayos angulares críticos divergentes de diferentes colores en un solo haz blanco que corresponde en la trayectoria al del rayo D del sodio. El ocular del telescopio posee líneas cruzadas; al hacer una medición, se cambia al ángulo del prisma hasta que la superficie de separación de la luz y la obscuridad coincide exactamente con el cruce de las líneas. La posición de prisma se establece entonces por la escala fija (que normalmente se gradúa en unidades de ni). El control de la temperatura en el interior del refractómetro se logra mediante la circulación de agua por las camisas que rodean a los primas.

Figura 2.- Diagrama esquemático del refractómetro de Abbe

Tipos de refractómetros. Hay tres tipos principales de refractómetros: los instrumentos de mano y portátiles, que se usan para las mediciones en el lugar de interés; los instrumentos de sobremesa, de gran

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exactitud, para usar en laboratorios y los refractómetros “en línea”, para monitorear y controlar los procesos de fabricación. Los instrumentos de sobremesa se clasifican en varios subtipos: Refractómetro de Abbe

Instrumentos óptico-mecánicos y reciben su nombre del físico Ernest Abbe, del siglo XIX, quien lo desarrollo.

Refractómetros digitales Automáticos; Son instrumentos electrónicos que cuentan con un programa informático Flexible y se han concebido principalmente para usarlos en aplicaciones de control de calidad.

Refractómetro de Inmersión Es el más simple de todos. Requiere solo 10-15 mL de muestra. El prisma simple va montado en un telescopio que contiene un compensador y el ocular. La escala se sitúa debajo del ocular dentro del tubo. La superficie inferior del prisma se sumerge en un vaso pequeño que contiene la muestra, con un espejo debajo para reflejar la luz hacia arriba a través del líquido. Refractómetro de Pulfrich Se usa sobre todo para medidas precisas en disoluciones o líquidos muy volátiles, reactivos o higroscópicos, para placas sólidas, estudios diferenciales y para medidas de dispersión. Los valores absolutos obtenidos no son fiables en la quinta cifra decimal, pero una comparación a dos longitudes de onda o con dos sustancias puede dar una precisión de ±1 x 10-5. Los sólidos o líquidos con índices entre 1,33 y 1,86 pueden ser determinados en un amplio intervalo de temperaturas. El índice de refracción (n) no puede ser determinado directamente, sino después de una serie de observaciones. Una vez estabilizado el aparato es posible obtener el índice en unos cinco minutos.

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Además de estos tipos de refractómetros existen otros con aplicaciones específicas dentro de la industria.

III. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. 1. ¿Qué diferencia existe entre determinar el índice de refracción con respecto al aire y

con respecto al vacío? 2. Investigar qué es el prisma de Amici, para qué es utilizado y cómo funciona. 3. Investiga como influye la estructura molecular y las fuerzas de interacción molecular en

el índice de refracción. 4. Explica las ventajas y desventajas de los refractómetros de Abbe y de inmersión. 5. Explicar la utilidad de emplear curvas de calibración en un experimento. 6. Hacer un diagrama de bloques de la secuencia experimental de la práctica. IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL

4. Material y reactivos.

Refractómetro de Abbe Vasos de precipitados de 250 mL Jeringa vasos de precipitados de 100 mL Pipeta de 5 mL Embudos tallo corto Pipeta volumétrica de 1 mL Embudos tallo corto Pipeta graduada de 1mL Solución de sacarosa 1.0 M Matraces aforados de 10 mL Solución de sal (NaCl) 1.0M Matraces erlenmeyer o vasos de

precipitados de 50 mL Papel filtro Agua destilada

Alimentos** sugeridos por los profesores al menos tres (vegetales en salmuera, jugos, refrescos transparentes, entre otros) ** Estos alimentos tienen que ser proporcionados por el alumno para realizar la práctica en el día que corresponda.

V. DESARROLLO EXPERIMENTAL

a) Preparar soluciones 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 y 0.7 molar de sacarosa y de NaCl utilizando las soluciones estándar 1M (preparar 10 mL de cada solución). Distribuir dichas soluciones en los 10 matraces erlenmeyer o vasos de 50 mL y etiquetar correctamente para evitar confusiones.

b) Los alimentos seleccionados, separar una cantidad de líquido de las partes sólidas. Sí presenta turbidez, filtrar el líquido, empleando papel filtro previamente humedecido con agua destilada, al filtrado colocarlo en un vaso y etiquetarlo.

c) Calibrar el refractómetro empleando agua destilada.

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NOTA: Seguir las indicaciones del profesor para encontrar en el refractómetro el índice de refracción del agua o disolvente empleado, (nagua= 1.333) d) Determinar el índice de refracción de cada una de las soluciones preparadas para la

curva de calibración como sigue: Colocar una o dos gotas de la solución entre los prismas, cerrar correctamente los prismas Seguir las indicaciones del profesor para encontrar en el refractómetro el índice de refracción de la substancia. Una vez leído el índice de refracción limpiar cuidadosamente los prismas con papel suave antes de colocar cualquier muestra

e) Determinar el índice de refracción de los líquidos (filtrados) de los alimentos indicados. f) Sí los índices de refracción son superiores a los obtenidos en la curva de calibración,

llevar a cabo diluciones, tantas como sea necesario, hasta tener un índice que se encuentre en el rango de la curva. Para obtener el resultado final de concentración de las muestras considere los factores de dilución empleados.

al

ad v

vF =

Donde: Fd es el factor de dilución Va es el volumen de aforo Val es el volumen de alícuota empleada

VI. TRATAMIENTO DE DATOS 1. Registra los resultados en las tablas siguientes: Concentración (M) nsacarosa Csacarosa en el

alimento (M) nNaCl CNaCl en el

alimento (M) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Alimento 1 Alimento 2 Alimento 3

Tabla 1. Resultados obtenidos de índices de refracción

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2. Hacer las gráficas de las curvas tipo para NaCl y sacarosa (por separado), anotando en el eje de las y el índice de refracción y en el eje de las x la concentración (M).

3. Utilizar métodos de regresión para determinar las ecuaciones empíricas correspondientes, así como, R2.

4. Diga si las curvas de calibración obtenidas son correctas. En caso de que no sean correctas ¿que debe hacer para corregirla?

5. Interpolar los índices de refracción obtenidos experimentalmente de los alimentos analizados en la curva tipo respectiva (Si R2≥0.99) para determinar la concentración de sacarosa o de cloruro de sodio.

6. En caso de haber realizado diluciones corregir los resultados de concentración obtenidos en el punto anterior aplicando el factor de dilución.

7. Como afectan los demás componentes de la muestra al índice de refracción. 8. Anotar en el reporte los datos contenidos en la etiqueta de cada producto analizado. VII. ANALISIS DE RESULTADOS 1. Utilizando las gráficas obtenidas, indicar qué tipo de dependencia existe entre la

propiedad física (indice de refracción) y la concentración de las especies estudiadas. 2. ¿Pueden generalizarse estas ecuaciones para todo intervalo de concentraciones? 3. Comparar la cantidad de sacarosa o de cloruro de sodio determinado y los valores

indicados en la etiqueta. 4. Explicar la diferencia encontrada en el punto anterior. 5. Describe el comportamiento de las dos curvas de calibración, indicando semejanzas y

diferencias. 6. Explica como influye la concentración en el índice de refracción de una substancia. 7. Indica que se tiene que hacer para determinar la concentración de sacarosa o cloruro

de sodio de un alimento que presente alta turbidez, es decir, tiene elevado contenido de sólidos.

8. Mencione algunas aplicaciones de la práctica a su carrera, y busque un artículo científico relacionado con la misma (No de internet).

9. Indica que propondrías para mejorar el desarrollo de la práctica. NOTA: No olvidar poner la memoria de calculos

VIII. BIBLIOGRAFIA. 1. Guzmán D. D., et al. ; Introducción a la Técnica Instrumental, Instituto Politécnico

Nacional, México, 2001. 2. B. Jirgensons y M. E. Straumanis, Compendio de química coloidal, Ed. CECSA., México,

1965. 3. B. P. Levitt, Química Física práctica de Findlay, Ed. Reverté S. A., España, 1979. 4. S. H. Maron, C. F. Prutton, Fundamentos de Fisicoquímica, Ed. Limusa-Noriega, México,

1993. 5. Pradeau, Dominique; Análisis Químicos Farmacéuticos de Medicamentos; Serie Ciencias

de la Salud; IPN-UTEHA-NORIEGA; México, 1998. 6. D. A. Skoog, Análisis instrumental, Segunda edición, Ed. Interamericana S. A., México,

1985.

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PRACTICA No. 7

PROPIEDADES DIELÉCTRICAS DE LOS ALIMENTOS. *Conductividad de alimentos líquidos

I. OBJETIVOS.

a) Determinar la conductividad eléctrica de diferentes alimentos líquidos b) Evaluar la relación entre conductividad eléctrica y alteración de los alimentos líquidos.

II. INTRODUCCIÓN

De la variedad de propiedades eléctricas que presentan los alimentos, algunas adquieren gran importancia para caracterizarlos, entre las propiedades eléctricas se encuentran las siguientes: conductancia, propiedades dieléctricas: resistencia, capacitancia, conductividad, reacción a la radiación electromagnética.Es importante determinar las propiedades eléctricas de los alimentos debido a que, en general, están relacionadas con la calidad de los alimentos o sirven para determinar que tratamiento es posible aplicar al alimento.Una solución iónica conduce la corriente eléctrica debido al movimiento de esos iones cuando están sometidos a la acción de un campo eléctrico. En este sentido es posible analizar la situación de manera similar al caso de un conductor metálico (donde los portadores de carga son los electrones). Al igual que en un metal, habrá una resistencia asociada a esa solución, resistencia que se hará evidente cuando se introducen dos electrodos en la solución y se aplica un campo eléctrico. Esta resistencia dependerá de distintos factores:

- Áreas superficiales de los electrodos

- Forma de los electrodos (las que influirán en las líneas de campo)

- Las posiciones de los electrodos (distancia entre ellos)

- El tipo de especie iónica que se tenga

- Concentración

- Temperatura

Para realizar una determinación conductimétrica se emplean celdas de conductividad que pueden tener diversa geometría, en general podemos describirlas como un par de electrodos de platino similares, montados de manera que la distancia que los separa no se modifique durante las determinaciones. En esencia se trata de aplicar una diferencia de potencial y analizar la resistencia de la solución. Al igual que en un conductor metálico, en las soluciones electrolíticas la ley de Ohm establece que hay una relación directa entre el potencial aplicado (E) y la corriente que circula por la solución (I), donde la constante de proporcionalidad es la resistencia de la solución (R):

I∗= RE

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Para una solución que tenga una resistividad muy baja implica que tendrá una conductividad muy alta. La resistividad observada de una solución que se encuentre entre dos electrodos de platino, paralelos uno del otro, se puede calcular por la relación matemática siguiente:

AdR ∗ρ=

Donde: R es resistencia y se mide en Ohm (Ω)

ρ es la resistividad con unidades de Ohm x cm ( Ω x cm)

d es la distancia entre electrodos (cm)

A es el área de los electrodos (cm2)

De igual manera puede plantearse una expresión similar para el caso de la conductancia teniendo en cuenta que se trata de una magnitud inversa a la resistencia

dAkC ∗=

Donde: C es la conductancia y se mide en Ω-1 (mho) = S (Siemens) k es la conductancia específica, llamada conductividad y es el reciproco de la resistividad y tiene unidades de Ω-1 x cm-1 o S*cm-1

A el área de los electrodos y d la distancia entre ellos.

Para una celda conductimétrica dada con electrodos fijos, la relación d/A es una constante llamada constante de la celda y se representa por θ. Por lo que la ecuación 3 toma la forma:

θ=

kC

En las medidas de conductividad se debe evitar que al polarizar los electrodos no se produzcan reacciones de transferencia de carga ni acumulación selectiva de iones en las cercanías de los electrodos, esto conduciría a que la determinación se debe realizar en tiempos cortos de modo de no perturbar demasiado la solución. Una alternativa que se emplea es además aplicar una diferencia de potencial en los electrodos pero como señal alterna, para evitar las mencionadas polarizaciones por concentración.

El agua destilada presenta una resistencia considerable al paso de la corriente eléctrica; su conductibilidad específica es pequeña de aproximadamente entre 15 y 20 μS.

La presencia de electrolitos minerales en la leche (cloruros, fosfatos y citratos), principalmente, y de iones coloidales, secundariamente, disminuyen la resistencia al paso

Elaboraron: I.Q.I Minerva Juárez Juárez, Dr. Gustavo Valencia del Toro, M. en C. Juan Ramírez Balderas, I.Q.I. Linaloe Lobato Azuceno, I.B.Q. Emma Bolaños Valerio, I.B.Q. Pedro Miranda Reyes

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de la corriente. La conductibilidad de la leche varía con la temperatura; normalmente se la mide a 25°. Sus valores medios se sitúan entre: 4 y 5 mS

El aguado de la leche rebaja la conductibilidad y su alteración por acidificación la eleva; las leches contaminadas con microorganismos muestran frecuentemente una conductibilidad superior a 5 mS. Los agentes antisépticos y los conservadores alcalinos elevan igualmente la conductibilidad.

III. PROTOCOLO DE INVESTIGACION

1. Indica 3 ejemplos de las principales propiedades eléctricas de los alimentos. 2. Menciona 4 aplicaciones de las propiedades eléctricas en Ingeniería de alimentos. 3. ¿Defina conductividad equivalente y escriba su fórmula? 4. ¿Cómo se prepararía una dilución 1:8 a partir de un alimento líquido comercial?

Presente sus cálculos. 5. ¿Qué factores influyen en la determinación de la conductividad de un líquido?

IV. MATERIALES Y REACTIVOS

4 probetas de 50 mL 2 pipetas volumétrica de 25 mL 3 vasos de precipitados de 250 mL agitador magnético 1 placa de agitación con 1 pinza para bureta 1 celda conductimétrica 1 conductímetro papel absorbente para secar la celda (alumno) 1 soporte universal 1 piceta con agua desionizada agua destilada Alimentos para el análisis por equipo 1/4 litro de leche** 1/4 litro de yogurt natural líquido** 1/4 litro de jugo de naranja** ** Alimentos que tienen que ser proporcionados por el alumno para realizar la práctica en el día que corresponda.

V. DESARROLLO EXPERIMENTAL

a) Montar el dispositivo de la figura 1. b) Conectar el conductímetro c) Agregar ±50 mL de agua desionizada a una probeta e introducir la celda

conductimétrica, agitar moderadamente y registrar la lectura de conductancia que

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permanezca por mayor tiempo en la pantalla de conductímetro. El rango de la escala deberá estar en la letra C o D (valores de μS).

d) Sacar la celda conductimétrica y secarla con papel absorbente. e) Repetir el procedimiento con tres probetas de agua desionizada con hasta que la

conductividad sea la más baja posible (≈4 μmhos). f) Agregar ±50 mL de leche a una probeta e introducir la celda conductimétrica, agitar

moderadamente y registrar la lectura de conductancia que permanezca por mayor tiempo en la pantalla de conductímetro. El rango de la escala deberá estar en la letra D o E (valores de μS).

g) Después de enjuagar la celda conductimétrica varias veces con la piceta, sumergir en 2 probetas con agua destilada (repetir los incisos d y e).

h) Tomar una alícuota de 25 mL de leche y transferirla a otra probeta de 50 mL, agregar también una cantidad igual de agua destilada (dilución 1:1), introducir a la probeta la celda conductimétrica, agitar moderadamente y registrar la lectura de conductancia que permanezca por mayor tiempo en la pantalla de conductímetro. El rango de la escala deberá estar en la letra E o F (valores de mS). (repetir los incisos g, d y e)

i) Realizar el mismo procedimiento para 4 diluciones más y registrar los resultados en el cuadro de datos 1, dependiendo de la lectura obtenida será necesario cambiar el rango a μS.

j) Hacerlo mismo para el yogurt líquido y el jugo de naranja y escribir resultados en los cuadros de datos 2 y 3.

k) Tomar la temperatura de análisis.

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VI. TRATAMIENTO DE RESULTADOS

1. Reportar los resultados obtenidos el los cuadros respectivos.

Equipo No. Volumen de muestra (mL) Dilución Conductancia (μS)

Tabla 1. Determinaciones conductimétrica de la leche

Equipo No. Volumen de muestra (mL) Dilución Conductancia (μS)

Tabla 2. Valoración conductimétrica del yogurt líquido

Equipo No. Volumen de muestra (mL) Dilución Conductancia

Tabla 3. Valoración conductimétrica del jugo

2. Tranformar todas las mediciones de conductividad o conductancia a las mismas

unidades mS o μS.

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3. Realizar la gráfica que relaciona la conductividad con las diluciones realizas para cada muestra analizada.

4. Utilizar métodos de regresión para determinar las ecuaciones empíricas correspondientes, así como, R2.

5. Anotar los datos contenidos de cada etiqueta para cada producto comercial analizado. VII. ANÁLISIS DE RESULTADOS. 1. Comparar las diferentes curvas obtenidas y explicar las diferencias o semejanzas. 2. Comparar los valores obtenidos de conductancia con datos reportados

bibliográficamente, concluir sobre la importancia de los datos en la alteración de los alimentos líquidos, dar ejemplos al respecto.

3. Diga la relación de la conductividad con la concentración de iones en solución. 4. Diga si se puede medir la conductividad de alimentos sólidos, si , no y porque. 5. Mencione algunas aplicaciones de la práctica a su carrera, y busque un artículo

científico relacionado con la misma (No de internet). 6. Indica que propondrías para mejorar el desarrollo de la práctica. 7. Investiga en que tipo área alimenticia se realizan los diferentes tipos de análisis que se

hicieron durante todo el semestre. 8. Menciona que otros parámetros fisicoquímicos emplea la industria alimenticia para el

control de calidad de los alimentos. VIII. BIBLIOGRAFÍA. 1. Alais, C. Ciencia de la leche. CECSA, México, 1971. 23, 185 pp. 2. Chariot G. Curso de química analítica general. Tomos II y IV. Primer edición.Editorial

Toray-Mason. Barcelona España.1977. Tomo II 200pp. Tomo IV 284 pp. 3. Meloan C.E y R.M. Kiser. Problemas y experimentos en análisis instrumental. Primer

edición. Editorial Reverté Mexicana. México, 1973. 560pp. 4. Ramírez B.J., Franco, H. M. O., Mariscal, M. S. Electroquímica II, Manual de

laboratorio. UPIBI, IPN. México 2006. 7-12 pp. 5. Skoog D.A. y J.J. Leary. Análisis instrumental. Cuarta edición. Editorial Mc Graw Hill.

México 1994. 935 pp. 6. Vassos B.H. y G.W. Ewing. Electroquímica analítica. Primer edición. Editorial Limusa.

México 1987. 304pp, 7. Willard H.H., L.L. Merrit. Jr. J.A. Dean, y F.A. Settle, Jr. Métodos instrumentales de

análisis. Primer edición. Editorial Iberoamérica. México 1991. 884pp.

Elaboraron: I.Q.I Minerva Juárez Juárez, Dr. Gustavo Valencia del Toro, M. en C. Juan Ramírez Balderas, I.Q.I. Linaloe Lobato Azuceno, I.B.Q. Emma Bolaños Valerio, I.B.Q. Pedro Miranda Reyes

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