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FISICOQUÍMICA DE ALIMENTOS (1514)

UNIDAD 1.

CONCEPTOS BÁSICOS DE CINÉTICA QUÍMICA Y SU

APLICACIÓN EN ALIMENTOS

Mtra. Josefina Viades Trejo

14 de febrero de 2012

Revisión de términos

Cinética Química

Estudia la rapidez de reacción, los factores que la afectan y establece el

mecanismo mediante el cual se efectúa la reacción.

Ejemplo: Reacción de Karl-Fischer para determinación de agua en alimentos.

1) I2 + SO2 + H2O → 2 C5H8NI + C5H7NSO3

2) C5H7NSO3 + CH3OH → C5H8NSO4CH3

Rapidez de reacción.

Es el número de moles por unidad de volumen de una sustancia que

reaccionan en una unidad de tiempo, o sea, el cambio de concentración con el

tiempo.

dt

dCr ii −= (1.1.1)

Rapidez de descomposición: Se refiere a la disminución de la concentración

de una especie reactiva en el tiempo, este decremento se indica por el signo

negativo en la ecuación (1) que se manifiesta como una pendiente negativa en

la gráfica de C vs t.

Rapidez de formación: Se refiere al aumento de concentración de una especie

producida en la reacción en cuyo caso la ecuación (1) no llevará el signo

negativo y la gráfica de C vs t mostrará pendiente positiva.

2

Relación entre las rapideces de descomposición y formación de los diferentes

componentes de la mezcla de reacción:

DCBA +→+ 32

dt

dC

dt

dC

dt

dC

dt

dC DCBA ==−=−3

1

2

1

Ley (ecuación) experimental de rapidez.

Es la expresión matemática, obtenida a partir de datos experimentales que

relacionan a la rapidez con las variables que la afectan.

Constante de rapidez.

Representa la proporcionalidad entre la rapidez y las variables que la afectan,

fundamentalmente la concentración.

( )βαyxi CCfr = ( )βα

yxi CCkr =

La rapidez sólo tiene sentido instantáneamente, pues cambia con

concentración y tiempo, en cambio k es independiente de concentración y

tiempo ∴ característica de cada sistema en condiciones dadas: k = f

(T,pH,I,cat, inhi)

Para reacciones reversibles k1≠k-1, en reacciones complejas la k experimental

suele ser una mezcla de las k de cada etapa. La k se determina

experimentalmente, sus unidades dependen del orden.

Orden de reacción.

Es el exponente al cual se encuentra elevada la concentración de un reactivo

en la ecuación experimental de rapidez.

3

Sea la reacción X + Y → P

En general la rapidez: ( )βαyxi CCfr =

Donde α, y β son los órdenes respecto a X e Y respectivamente y se conocen

como órdenes parciales; a la suma (α + β) = n total se le conoce como orden

total o global de la reacción.

αααα y ββββ NO son los coeficientes estequiométricos, se obtienen

experimentalmente.

Existen órdenes enteros (0,1, 2, 3,..., n) y órdenes fraccionarios

ntotal no tiene sentido en reacciones complejas.

HBrBrH 222 →+

[ ] [ ][ ] 2/1

22

2/1

4

12

2 BrHk

kk

dt

Hd

=− donde

2/1

4

12exp

=

k

kkk

Si n = 0 r = f (C0) y por tanto r es independiente de la concentración.

Si n > 0 entonces r varía exponencialmente con la "enésima" potencia de la o

las concentraciones.

La información de utilidad práctica que se obtiene a partir del

conocimiento del orden de reacción, es la magnitud de la influencia de la

concentración de ese reactivo sobre la rapidez; así como sobre la forma

que tiene la función: r = f(Cn), es decir cómo es la gráfica obtenida.

4

Seudo-orden:

Cuando el mecanismo de la reacción parece ser de un cierto orden en unas

condiciones de trabajo, y de otro orden en condiciones diferentes; como por

ejemplo en los siguientes casos:

− Reacciones donde el disolvente (X) es a la vez reactivo y por tanto

sucede que: CX >> CY ∴ CX ≈ cte.

− Reacciones donde se presenta una catálisis o una inhibición

Tiempo de vida media.

Es el tiempo en el cual se consume la mitad (50%) de la concentración inicial

de un reactivo.

Se refiere a cada reactivo. Puede coincidir para dos o más reactivos, si las

concentraciones iniciales son iguales y la reacción es 1:1. No confundir con la

mitad del tiempo total de reacción.

Modelos de evaluación de constantes (Leyes empíricas)

Los modelos de evaluación de constantes de rapidez requieren el

conocimiento de la composición de la mezcla a diferentes tiempos, se obtiene

"n" y se determina "k" como parte del proceso de determinación de la ley de

rapidez. Los datos experimentales llamados datos cinéticos (C y t) se

determinan con técnicas de análisis cuantitativo.

Los modelos de evaluación de constantes son métodos de análisis matemático

de los datos cinéticos. Originalmente estos modelos se aplican a datos

cinéticos de reacciones del tipo A → X, es decir, reacciones donde solo se

involucra la transformación de un solo reactivo.

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Ejemplo: Hidrólisis de la sacarosa para dar glucosa y fructuosa:

C12H22O11 → C6H12O6 + C6H12O6

i) Método integral.

ii) Método diferencial.

iii) Método de la vida media.

Método integral (ensayo y error).

Fundamento: Si la reacción obedece una ley de rapidez del tipo r = k Cn y un

valor determinado de "n", entonces los datos cinéticos satisfarán la ecuación

integrada para tal orden.

XA→

[ ] [ ]αAkdt

Adr =−= (1.2.1)

Se suponen valores para α y se integra la ecuación diferencial (1.2.1).

Formas analítica y gráfica del método integral. Usan los mismos datos

experimentales, son formas complementarias de manejo de datos, conviene

usarlas ambas como medio de confirmación de resultados. Se obtiene un orden

aparente o respecto al tiempo, con cualquiera de las formas de aplicación del

método.

Limitaciones de método:

1. 1.8 ≈ 2.0, es decir, es un orden fraccionario y sin embargo se obtiene a

veces una buena recta para el orden entero más cercano o a veces para los

dos más cercanos. Aparentemente más de un orden se cumple

2. Se obtiene nt, posible influencia de productos. Puede suceder que no

cumpla ningún orden o que aparentemente cambie de orden con el tiempo

6

3. Puede no cumplir ningún orden probado o bien no ser determinante la

certeza de ninguno. Puede ser una reacción que no pertenezca a ningún

orden, es decir, reacción compleja.

Método diferencial. (Van’t Hoff)

Fundamento: Para una reacción en la que participa una sola sustancia, la

rapidez instantánea es proporcional a Cα. Sea la reacción:

XA→

[ ] [ ]αAkdt

Adr =−= (1.2.2)

[ ]Akr logloglog α+= (1.2.3)

El método diferencial puede aplicarse para obtener el orden aparente o

respecto al tiempo (nt) y también para obtener el orden verdadero o respecto a

la concentración (nc).

Método diferencial para determinar el orden aparente (nt).

1. Usa los mismos datos del método integral.

2. de la gráfica de C vs t se obtienen las rapideces a diferentes

concentraciones sacando la primera derivada (d[A]/dt) (paquetería:

Kaleida, Excell, Origin, etc)

3. Usar la ecuación (1.2.3) para determinar nt (αt) a partir de la pendiente y

k a partir de la ordenada.

Método diferencial para determinar el orden verdadero (nc).

1. Se deben determinar las rapideces iniciales, por lo cual se requieren

forzosamente varias corridas con concentración inicial diferente.

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2. Se obtienen las rapideces iniciales de las gráficas de C vs t (paquetería:

Kaleida, Excell, Origin, etc)

3. Usar la ecuación (1.2.3) para determinar nc (αc) a partir de la pendiente

y k a partir de la ordenada.

Método de la vida media.

Fundamento: Para una reacción en la que participa una sola sustancia, la vida

media del reactivo es proporcional a (1/an-1), para n >1. Sea la reacción:

XA→

Para obtener la vida media del reactivo se traza la gráfica de CA vs t, y de ésta

se obtiene la vida media. Se requieren varias corridas a diferente

concentración inicial de A.

= −1

1na

fτ (1.2.4)

Dadas τ1 y τ2 para a1 y a2 respectivamente se cumple que:

1

1

2

1

2

1

1

2

1

1

1−

−

−

==

n

n

n

a

a

a

a

ττ

(1.2.5)

( )

−=

1

2

2

1 log1loga

an

ττ

(1.2.6)

1

log

log

1

2

2

1

+

=

a

an

ττ

(1.2.7)

Limitaciones:

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Válido sólo para un reactivo, o bien cuando hay más de un reactivo implicado

y la reacción es 1:1 (a=b=...), o bien usar método del aislamiento de Ostwald.

1. Si cumple una ley de rapidez del tipo: r = kCn.

2. Si nc = nt el método es seguro.

3. Si nc ≠ nt se obtiene una mezcla indeterminada de ambos órdenes, ya

que τ relacionada con nt y por su dependencia de la concentración

inicial (a) se relaciona con nc.

Diseño de experimento para reacciones donde participan dos o más

reactivos. Método de aislamiento (desbordamiento) de Ostwald

Dado que en un gran número de reacciones y sobre todo en el caso del

deterioro de alimentos, están involucrados dos o más reactivos cuyos órdenes

se desean determinar, el diseño del experimento suele basarse en el Método de

aislamiento (desbordamiento) de Ostwald que se basa en el principio del

seudo orden.

DCBA +→+ 32

( )βαBACCkr = (1.2.8)

BA CC ⟩⟩

↵ ↵ Desbordado Aislado (R. Limitante)

(CA)o ≈ constante ∴ CAα ≈ constante y dado que k = constante entonces:

βBpsCkr = (1.2.9)

αAps kCk = (1.2.10)

¿Cómo se diseña el experimento, para determinarα, β y k con el menor

número de mezclas posible? Se puede diseñar un experimento de 5 mezclas

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de reacción con valores de a y b diferentes pero siempre cuidando que b<<

a, primero se determina el orden β con alguno de los modelos de análisis

matemático mencionados, y luego modificando la ecuación (10) podemos

determinar α y k como sigue:

Aps Ckk logloglog α+= (1.2.11)

Ejemplo: Producción de acetileno a partir de agua, esta reacción se usa en

análisis de alimentos en la determinación de la cantidad de agua. En este caso

la estamos usando como un ejemplo de reacción entre el carburo de calcio y

agua que no está contenida en un alimento

2CaC2 + 4 H2O → 2 C2H2 + 2Ca(OH)2

2A + 4B → 2C + 2D

βα BkAr = 1

Se puede “aislar” B y “desbordar” A, entonces b << a por tanto la ecuación 1 queda:

βBkr ps= 2

αkAk ps = 3

Mezcla A B kps

1 a1 b1 (kps)1 2 a2 b2 (kps)2 3 a3 b3 (kps)3 4 a4 b4 (kps)4 5 a5 b5 (kps)5

Nota en todas las mezclas b << a

Para determinar el orden β (con la Ec. 2), se usa el método integral o el diferencial. La constante de rapidez que se obtiene es kps que es independiente

de la concentración de B pero si depende de la concentración de A, sin

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embargo, si variamos su concentración entonces kps va a variar y se tendrán 5

valores diferentes para la kps

Para calcular el orden α la ecuación 3 se modifica:

Akk ps logloglog α+= 6

La gráfica de log kps vs log A nos permite calcular el orden αααα (de la pendiente) y la constante k (de la ordenada).

Aplicación: Vida de anaquel y cinética de deterioro de alimentos.

� La calidad en el campo de los alimentos tiene diversas acepciones: propiedades organolépticas, propiedades funcionales y calidad

nutricional.

� La pérdida de calidad puede suceder durante el procesamiento o durante el almacenamiento del alimento.

� La pérdida de calidad durante el almacenamiento puede tratarse como un proceso a temperaturas relativamente bajas por periodos muy largos.

� Los agentes responsables pueden ser físicos, químicos y biológicos así como combinaciones de ellos.

Principios de modelamiento de reacciones.

La rapidez de cambio de calidad es una función de factores de composición

del alimento y de factores ambientales:

Factores de Composición (Ci) Factores Ambientales (Ej)

Componentes del alimento, catalizadores

inorgánicos y enzimáticos, inhibidores, pH,

actividad de agua, contaminación

microbiana

Temperatura, presión total y parcial de

gases, humedad relativa, luz, tensión

mecánica.

Tomando en cuenta estos factores, la rapidez de cambio de calidad es:

),( ji ECFdt

dQ= (1.3.1)

La cinética de deterioro de alimentos no es un proceso sencillo de estudiar, los

alimentos son sistemas fisicoquímicos muy complejos con muchas variables

físicas y químicas que no resulta práctico (en ocasiones es imposible) definir

cuantitativamente.

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La complejidad de los sistemas es tal que aun en los casos en que se puedan

expresar en términos de parámetros mensurables no existe una solución

analítica y las soluciones numéricas son muy complicadas para ser útiles.

La metodología práctica consiste en identificar los cambios químicos y

biológicos que influyen de manera importante en la calidad y seguridad del

alimento.

Se representa de manera simplificada una ecuación de reacción que presente el

efecto de la concentración de los componentes involucrados, para lograr un

modelo de cambio de las concentraciones de los componentes conectados con

el cambio de calidad en función del tiempo y considerando los factores

ambientales constantes para evitar su influencia.

µ1 A1 + µ2 A2 + µ3 A3 + … + µm Am fk

→ P

[ ][ ] [ ] [ ] mn

m

nn

f

j

j

AAAkdt

Adr L

21

21

1=−=

µ (1.3.2)

Los procesos de deterioro de los alimentos con mucha frecuencia son muy

complejos no es fácil determinar la reacción determinante de rapidez ni los

productos intermediarios. En muchos casos las reacciones son reversibles

µA A + µB B ↔f

b

k

k

µC C + µD D

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]δγβα

δγβαDCkBAk

dt

Dd

dt

Cd

dt

Bd

dt

Adr bf −===−=−= (1.3.3)

En este caso como la reacción directa y la inversa son reacciones elementales

los coeficientes estequiométricos coinciden con los órdenes de reacción es

decir α = µA, β = µB, γ = µC y δ = µD

Generalmente en las reacciones de deterioro kb << kf o bien, durante el

periodo de interés están lejanas al equilibrio, por lo cual es posible tratarlas

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como reacciones irreversibles. Comúnmente el reactivo que más influye en el

deterioro es un reactivo limitante por lo que es posible considerarlo como

“aislado”.

[ ] [ ]αAkdt

Adr f

'=−= (1.3.4)

Es decir que la reacción es de un seudo orden α respecto al componente A y

tiene una constante de seudo orden k’f. A partir de la ecuación (1.3.4) se puede

estudiar la cinética de deterioro con el método integral o el diferencial (en

ambas formas).

Efecto de los factores ambientales.

La cinética de deterioro de un alimento y por ende su vida de anaquel están

determinadas por la pérdida de calidad, es decir, la pérdida de características

deseables o factores de calidad A (nutrientes, sabor, olor) y/o por la formación

de factores indeseables B (sabores y olores indeseables, pérdida de color), las

rapideces de cambio de estos factores están dados por:

[ ] [ ]mkdt

dr Α=

Α−=Α (1.3.5)

[ ] [ ] ''

mk

dt

dr Β=

Β=Β (1.3.6)

A y B son parámetros químicos, físicos, sensoriales o microbiológicos

cuantificables y característicos para un sistema alimentario.

Dado que los factores ambientales también pueden variar con el tiempo es

posible extender los modelos cinéticos para incluirlos como variables.

( )jEkk = (1.3.7)

Los factores ambientales con mayor influencia en la cinética de deterioro y en

la vida de anaquel son: T, humedad relativa, P total y parcial de gases, luz. El

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que se estudia con más frecuencia es la T pues los demás generalmente

pueden controlarse con el empaque.

Efecto de la temperatura de almacenamiento

� Se sabe que al aumentar la temperatura , se produce un incremento de

rapidez ∴∴∴∴ r = f(T)

� Anteriormente se consideraba que si la T se incrementaba 10 0K, la

rapidez se duplicaba, es decir, si a la temperatura T1 la rapidez es r1

entonces para una temperatura T2 = (T1+ 10 K) la rapidez será r2 = 2r1.

� Sin embargo esto no es siempre cierto, por ejemplo para la hidrólisis del

acetato de metilo k35C = 1.82 k25C mientras que para la hidrólisis de la

sacarosa k35C = 4.13 k25C.

Teoría o Ley de Arrhenius (1889).

� Arrhenius propone que para que la reacción suceda se requiere que haya

colisiones entre las moléculas de los reactivos

Ec ⇒ colisiones ⇒ reacción ∴∴∴∴ r α frecuencia de colisión

⇓ ⇓

Barrera energética ⇐ Ea A

� No todas las colisiones son productivas, solamente aquellas que

producen la energía de activación (Ea) por lo que ésta se considera

como una barrera energética entre reactivos y productos.

� La energía de activación se define como: la energía en exceso

(adicional) que durante la colisión deben adquirir las moléculas

reaccionantes para formar productos.

� Para la reacción A + B → C + D

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� Se observa que si T aumenta, la Ec también aumenta ⇒ Ea disminuye.

Esto se puede explicar de acuerdo a la distribución de Boltzman:

� La agitación térmica constante, permite que las moléculas en una

muestra se encuentren distribuidas en los niveles de energía accesibles a

ellas, la mayor parte de ellas en los niveles de menor energía sobre todo

a T bajas, si la T aumenta la cola de la distribución se adentra más en

los niveles de energía superior.

� La distribución de Boltzman permite calcular la población de los niveles

superiores:

−−

= RT

EE

j

i

ji

eN

N (1.3.8)

� Entonces la fracción de moléculas con Ea sería:

C + D

A + B

C.A.

∆E

E1 E -1

E

Cero absoluto tibio caliente

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RT

Ea

Total

Ea en

n −= (1.3.9)

� Según se dijo previamente, la rapidez es función de la energía de

activación y de la frecuencia de colisiones de modo que:

EaAnr = (1.3.10)

(1.3.9) en (1.3.10): TotalRT

Ea

nAer

−= (1.3.11)

� Por otro lado sabemos que en general:

kCr = (1.3.12)

� Dado que (1.3.11) = (1.3.12) si se despeja k se obtiene la expresión de la

Ley de Arrhenius:

−

= RT

Ea

Aek (1.3.13)

� La ecuación (1.3.13) muestra que la rapidez de reacción varía

exponencialmente con la temperatura; para una representación gráfica de

los datos experimentales de k vs T, es conveniente modificar la ecuación

en la siguiente forma:

−=TR

EaAk

1lnln (1.3.14)

� De esta recta se pueden obtener los parámetros de Arrhenius, si se tienen

solo datos a dos temperaturas se usan las siguientes ecuaciones:

RTT

TT

k

kEa

−

=

12

21

1

2ln (1.3.15)

−

−= 21

2

21

1

21

TT

T

TT

T

kkA (1.3.16)

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� Para datos a tres o más temperaturas se grafica lnk vs 1/T o bien se usa k vs

1/T en una gráfica semi logarítmica.

� La T para la cual k = A en la ecuación (1.3.13) es T=0 K. en el caso de

alimentos se recomienda definir una T de referencia que corresponda al

promedio del intervalo de T propio del proceso descrito. Para la mayoría de

las condiciones del almacenamiento la Tref=300 K y para procesos térmicos

es de 373.15 K.

−−=

ref

refTTR

Eakk

11exp (1.3.17)

� La definición de una kref correspondiente a la Tref proporciona a la k un

significado físico y además indica cuál es el intervalo de aplicación de la

ecuación de Arrhenius que puede fallar fuera de este intervalo de T sobre

todo cuando se presentan fenómenos de transición de fase.

1/T

Ordenada al origen=ln A

Pendiente = -Ea/R

ln

k

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� La relación de constantes de rapidez a temperaturas que difieren entre sí

100C se expresa como Q10 y se relaciona con el cambio en la vida de

anaquel (θS) cuando el alimento se almacena a una T 100C mayor.

T

T

k

kQ 10

10

+= (1.3.18)

� El Q10 introduce una ecuación para la dependencia respecto a la T que

difiere de la de Arrhenius en el sentido de que k varía exponencialmente

con T no con 1/T, por tanto la gráfica de ln k vs T da una línea recta de

pendiente positiva:

bT

oekTk =)( (1.3.19)

bTkk o += lnln (1.3.20)

+==

)10(

1010ln 10

TTR

EabQ (1.3.21)

� QA es un término similar al Q10 que se usa para incrementos diferentes a

100C los que se reemplazan por A0C

1010

A

A QQ = (1.3.22)

Pruebas Aceleradas de Vida de Anaquel. (ASLT)

� La ecuación de Arrhenius puede usarse para predecir rapideces de reacción

y la vida de anaquel de los alimentos a cualquier temperatura siempre y

cuando esté dentro del intervalo de aplicación de la ley.

� La vida de anaquel de un alimento puede decirse que es el tiempo que éste

puede almacenarse desde el momento en que se produce hasta que

consumirlo ya no es seguro y/o deseable.

� La determinación de la vida de anaquel puede durar un tiempo prolongado,

el modelo de Arrhenius permite disminuir considerablemente este tiempo

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mediante las pruebas aceleradas de vida de anaquel usando T altas en

los estudios de pérdida de calidad y luego extrapolando a las condiciones

usuales.

� El diseño de estas pruebas aceleradas requiere del conocimiento integral de

las disciplinas relacionadas con los alimentos. Los pasos o etapas del

proceso son:

1. La evaluación de los factores de seguridad microbiológicos

2. Identificar las reacciones biológicas y fisicoquímicas significativas en el

proceso de deterioro partiendo del análisis de la composición del

alimento, el proceso y las condiciones de almacenamiento

3. Selección del empaque usado durante la prueba.

4. Definir las T de prueba de almacenamiento.

5. Calcular el tiempo de duración de la prueba a cada T seleccionada

partiendo del tiempo deseado de vida de anaquel en las condiciones de

almacenamiento elegidas y a las temperaturas de manejo del alimento

basadas en el valor más probable de Q10; si no se conoce este valor se

debe trabajar mínimo a tres temperaturas diferentes.

6. Decidir tipo y frecuencia de las mediciones a cada T, deben hacerse

mínimo seis mediciones para asegurar la confianza estadística.

101012

T

Qff∆

= | (1.3.23)

f1= frecuencia a la T1; f2 = frecuencia a T2, T1 > T2

7. Seguimiento de las variables con el tiempo para determinar

gráficamente el orden y la rapidez de reacción a fin de considerar la

posible modificación de la frecuencia entre mediciones.

8. Aplicar la ley de Arrhenius a las constantes de rapidez a cada T y

predecir la vida de anaquel en las condiciones deseadas de

almacenamiento.

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Indicadores Tiempo –Temperatura (ITT) para monitoreo de la Vida de

Anaquel

� El fechado de los alimentos no garantiza 100% que el riesgo de consumir

un producto echado a perder se ha eliminado, debido a que la temperatura

de referencia y la historia térmica del producto no se conocen por otro lado

la terminología usada suele ser confusa: “Pull date” (fecha de adquisición),

“use by date” (úselo en la fecha), “sell by date” (véndase en la fecha),

“better if sold by date” (fecha óptima de venta), “better if used by date”

(fecha óptima de consumo), “date of pack” (fecha de empacado), la

mayoría de éstos están dirigidos al distribuidor pero el consumidor se

confía a ellos.

� La mejor manera de asegurar que el consumo del producto es seguro y que

tendrá una calidad aceptable es mediante el control de la temperatura

durante el almacenamiento y distribución e integrar el cambio de T con el

tiempo, es decir, llevar a cabo un monitoreo de la temperatura mediante

aditamentos llamados Indicadores Tiempo-Temperatura (ITT).

� Son aditamentos simples y no costosos que pueden mostrar un cambio

dependiente de la temperatura fácil de medir, este cambio debe reflejar la

historia térmica total o parcial del producto al que se ha unido.

� La historia térmica es el registro de los cambios de T que ha sufrido el

producto desde el día de su producción hasta un cierto momento (entrega al

distribuidor )

� Son termómetros o termógrafos análogos o digitales que además de

“muestrear” la T a intervalos predeterminados y almacenar los datos para

ser alimentados a una computadora y mediante programas de computación

pueden graficarse para análisis posteriores o pueden ser integrados respecto

al tiempo y correlacionarse con la calidad del producto.

20

� La operación de estos aditamentos se basa en medir cambios irreversibles

dependientes de la temperatura en sistemas mecánicos, químicos,

enzimáticos o microbiológicos, el cambio se expresa a través de un cambio

evidente ya sea una deformación mecánica, el desarrollo de color o el

movimiento del color.

� Monitores ITT historia térmica parcial: Integran la exposición a una

temperatura respecto al tiempo solamente cuando la T excede un cierto

valor por ejemplo 900F, cuando la T regresa al valor fijado (90F) la

integración cesa.

� Monitores ITT historia térmica total: Integran continuamente la

exposición a una temperatura respecto al tiempo hasta la expiración del

producto.

� Los ITT también se pueden clasificar según el principio de operación:

reacciones enzimáticas y no enzimáticas y diversas transformaciones

físicas. ITT basados en cambios de pH que provocan cambios de color en

un indicador de pH ejemplo: la hidrólisis enzimática del éster de un ácido

graso, la difusión de un colorante (tinte) en un material cuya viscosidad

disminuye con la T el colorante difunde a lo largo de una tira.

� Algunos ITT disponibles en el comercio están basados en el modelo de

Arrhenius, se debe tener la correlación de la respuesta (X) del ITT con el

índice de calidad (A) de modo que se puede expresar X en función del

tiempo como:

( ) tRT

EakktXF t

−== exp1 (1.3.24)

� Donde F(X)t es la función de respuesta del ITT, t el tiempo, k la constante

de rapidez de la respuesta, k1 la constante de Arrhenius y Ea la energía de

activación. Para un ITT que ha sufrido los mismos cambios de T que el

alimento monitoreado T(t) el valor de F(X) se conoce a partir de la

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respuesta X, la temperatura efectiva (es una T constante que produce el

mismo cambio en la calidad que la distribución de la T variable durante el

mismo periodo de tiempo) puede calcularse para T = Tef a partir de:

( ) ktAQ = (1.3.25)

Efecto de la Actividad de Agua. (aw)

Papel del agua en los alimentos.

� Factor económico. � Calidad nutricional. � Estabilidad del alimento.

i. Crecimiento microbiano

ii. Reacciones (enzimáticas y oscurecimiento)

iii. Germinación de semillas

iv. Desnaturalización de proteínas

v. Rancidez oxidativa.

� Propiedades funcionales. i. Viscosidad

ii. Hidratación

iii. Turbiedad

iv. Textura

v. Formación de espuma

vi. Emulsificación

� Control del proceso. i. Alimentos deshidratados

ii. Alimentos concentrados

� Condiciones de almacenamiento. i. Alimentos deshidratados

ii. Alimentos frescos

iii. Elección del tipo de empaque

Distribución del agua en los alimentos.

� Agua libre.

� Agua adsorbida.

� Agua de hidratación.

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Actividad de agua (aw). Es una medida indirecta del agua disponible para llevar acabo las reacciones a las que están sujetos los componentes; determina

el grado de interacción del agua con los demás constituyentes del alimento.

0p

paw = (1.3.26)

p = presión de vapor del alimento a la temperatura T

p0 = presión de vapor del agua pura ala temperatura T

23

Humedad relativa de equilibrio (ERH): Es la humedad relativa de la

atmósfera en condiciones de equilibrio con el alimento.

100

ERHaw = (1.3.27)

100×= waERH (1.3.28)

Determinación del aw por el método de Landrock y Proctor

1. Se usan cámaras de T y humedad controlada.

2. La humedad se fija con soluciones sobresaturadas a la T de trabajo (Tabla)

3. Se registran pérdidas o ganancias en el peso del alimento y se grafican

contra la humedad relativa.

4. Cuando estas gráficas el valor cero (no hay ganancia ni pérdida) se

determina el valor de la humedad relativa.