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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL SUR DEL LAGO “JESUS MARIA SEMPRUM” INGENIERIA DE ALIMENTOS QUIMICA DE ALIMENTOS UNIDAD 2. AGUA PROF. DAVID MEJIAS ABRIL, DE 2011

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL SUR DEL LAGO

“JESUS MARIA SEMPRUM”INGENIERIA DE ALIMENTOS

QUIMICA DE ALIMENTOS

UNIDAD 2. AGUA

PROF. DAVID MEJIAS

ABRIL, DE 2011

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OBJETIVO. Analizar el concepto de Actividad de Agua y estudiar la influencia de esta

sobre las diferentes reacciones de deterioro de los alimentos. .

• PROPIEDADES DEL AGUA.

El agua es la única sustancia que se presenta abundantemente en los tres estados

físicos en nuestro planeta.

Es esencial para la vida:

* Estabilizadora de la temperatura corporal.

* Transportadora de nutrientes y desechos.

* Reactivo y medio de reacción.

* Facilitadora de la conducta dinámica de las macromoléculas.

* Principal componente de la mayoría de los alimentos.

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CONTENIDO DE AGUA DE DIVERSOS ALIMENTOS.

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PORQUE ESTUDIAR EL AGUA Y EL HIELO.

El agua en la cantidad, localización y orientación correcta, es crucial para los procesos

vitales, e influye profundamente también en la estructura, aspecto y sabor de los

alimentos y en su susceptibilidad a la alteración.

Debido a que la mayoría de los alimentos frescos contienen grandes cantidades de agua

se necesitan formas de conservación eficaces si se desea almacenarlos mucho tiempo.

Es importante señalar que la eliminación del agua, bien por deshidratación convencional

o por separación localizada en forma de cristales de hielo puro (congelación), altera

considerablemente las propiedades nativas de los alimentos y productos biológicos.

Además todo intento de retornar el agua a su estado original (rehidratación o

descongelación) solo ha tenido éxito parcial. Esta ampliamente justificado, por tanto,

estudiar el agua y el hielo con considerable atención.

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CONSTANTES FISICAS DEL AGUA Y DEL HIELO.

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COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.

Cuando se compara el agua con otros hidruros del grupo del oxigeno, se observa que el

agua funde y hierve a temperaturas anormalmente altas, también exhibe valores

inusualmente altos de tensión superficial, constante dieléctrica, capacidad calórico y

calores de transición de fase, que tiene una densidad moderadamente baja, que posee

el atributo anormal de expandirse al solidificar y una viscosidad extrañamente normal .

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COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.

Las propiedades anómalas del agua sugieren intensas fuerzas atractivas entre las

moléculas de agua y estructuras anormales y diferentes en el agua y el hielo.

Estas peculiaridades se explican mejor estudiando una molécula de agua en particular y

luego la de pequeños grupos de moléculas.

Para formar una molécula de agua, dos átomos de hidrógeno se aproximan a dos

orbitales sp3 del oxígeno, para formar dos enlaces sigma (σ), covalentes (40% de

carácter iónico parcial), cada uno de los cuales tiene una energía de iotización de 4,614

x 102 kj/mol.

Los orbitales moleculares localizados permanecen orientados simétricamente en torno a

los ejes originales, conservando así una estructura tetraédrica (Ver figura).

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COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.

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

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COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.

Lo descrito hasta ahora esta muy simplificado. El agua pura no solo contiene moléculas

de HOH, sino también muchos otros constituyentes aunque en cantidades vestigiales.

Además de los isótopos comunes O16 y H1, también están presentes O17, O18, H2 y H3,

dando origen a 18 variables isotópicas del HOH. El agua también contiene partículas

iónicas, tales como los iones hidrógeno, e hidroxilo y sus variantes isotópicas. El agua

consta por tanto de mas de 33 variantes químicas de HOH.

ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.

La forma en V de la molécula de agua y la naturaleza polarizada del enlace O—H

determina un momento de dipolo en estado de vapor de 1,84D para el agua pura. La

magnitud de esta polaridad produce asociaciones de las moléculas de agua con

considerable intensidad. Sin embargo, las fuerzas atractivas intermoleculares

anormalmente altas del agua no pueden ser totalmente explicadas sobre la base de su

gran momento dipolar.

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ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.

Mas bien es su capacidad para formar múltiples enlaces de hidrógeno sobre una base

tridimensional, lo que explica las grandes fuerzas atractivas entre las moléculas de agua.

El oxigeno altamente electronegativo de la molécula de agua puede visualizarse como si

atrajese parcialmente los electrones únicos de los átomos de hidrógeno unidos

covalentemente, dejando a cada hidrógeno con una carga positiva parcial y una mínima

cobertura electrónica; es decir, cada hidrógeno asume algunas características de un

protón desnudo.

Puesto que los orbitales de los enlaces O—H están localizados sobre dos de los ejes de

un tetraedro imaginario, representando estos entonces, líneas positivas de fuerzas (sitios

donadores de enlaces de hidrógeno). Por otro lado los dos orbitales del par solitario del

oxigeno pueden considerarse como residiendo a lo largo de los otros dos ejes del

tetraedro imaginario, representando entonces líneas negativas de fuerzas (sitios

aceptores de enlaces de hidrógeno).

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ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.

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

(b)

a

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ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.

En virtud de estas cuatro líneas de fuerza, cada molécula de agua es capaza de unirse a

otras cuatro moléculas. Debido a que cada molécula de agua tiene igual cantidad de

sitios donadores y aceptores de enlaces de hidrógeno, dispuestos para permitir la

formación tridimensional, resulta que las fuerzas atractivas entre las moléculas de agua

son anormalmente grandes, incluso cuando se les compara con las de otras moléculas

pequeñas que también forman puentes de hidrógeno (NH3 y FH).

El amoniaco, con su disposición tetraédrica y un solo sitio aceptor y el fluoruro de

hidrogeno con su disposición tetraédrica de un hidrogeno y tres aceptores no tienen

números iguales de aceptores y donadores de enlaces de hidrógeno y por lo tanto solo

pueden formar redes bidimensionales de enlaces de hidrógeno, en las que intervienen

menos enlaces de hidrogeno por molécula que en el caso del agua.

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ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.

La capacidad del agua para formar enlaces tridimensionales facilita una explicación

lógica de muchas de sus propiedades anormales. Por ejemplo, sus altos valores de

capacidad calórico, punto fusión, punto de ebullición, y calores de las distintas

transiciones de fase, están todos relacionados con la energía extra requerida para

romper los enlaces de hidrogeno intermoleculares.

La constante dieléctrica también esta influenciada por los enlaces de hidrogeno. Aunque

el agua es un dipolo, esto no explica por si solo la magnitud de su constante dieléctrica.

Los grupos de moléculas unidos por enlaces de hidrogeno, aparentemente originan

dipolos mulitmoleculares que incrementan de hecho la constante dieléctrica del agua.

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ESTRUCTURA DEL HIELO.

La estructura del hielo se discutirá antes

que la del agua liquida, porque la

primera se comprende mejor que la

segunda y porque la estructura del hielo

representa una extensión lógica de la

información presentada en la sección

anterior.

El agua con sus fuerzas dirigidas

tetraedricamente cristaliza en una

estructura abierta (de baja densidad) que

ha sido elucidada con exactitud mediante

estudios de difracción de rayos X, de

neutrones, electrones y espectroscopia

infrarroja .

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ESTRUICTURA DEL HIELO.

La forma en cada molécula de agua

puede asociarse a otras cuatro (numero

de coordinación de cuatro). Se visualiza

mas fácilmente considerando la molécula

W y sus cuatro vecinas mas próximas: 1,

2, 3 y W ‘

Cuando se consideran varias células

unidad y se observan a lo largo del eje

superior (eje c), se hace aparente la

simetría hexagonal del hielo, como

muestra la Figura 6 a. La subestructura

tetraédrica es evidente considerando la

molecula W y sus cuatro vecinas mas

proximas 1, 2, 3. W ‘ yace eclipsada

debajo del plano por W.

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ESTRUCTURA DEL HIELO.

Cuando la Figura 6 a, es vista en tres

dimensiones se obtiene la Figura 6 b,

en la cual se hacen evidentes dos

planos. Ambos son paralelos y muy

próximos entre si y se mueven como una

unidad , durante el deslizamiento o flujo

de hielo bajo presión glaciar.

Los pares de planos de este tipo

constituyen los planos basales del hielo

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ESTRUCTURA DEL HIELO.

Apilando varios planos basales se

obtiene una estructura extendida del

hielo. Para formar la estructura mostrada

en la Figura 7, se han combinado tres

planos basales.

Vista paralelamente al eje c, la estructura

es exactamente igual a la mostrada en la

Figura 6 a, lo que indica que los planos

basales están perfectamente alineados.

En esta dirección el hielo es

monorrefringente, mientras que es

birrefringente en todas las demás

direcciones Figura 7.

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ESTRUCTURA DEL AGUA.

El agua liquida tiene una estructura mucho mas organizada que la del vapor, pero sin

producir rigidez de largo rango como en el hielo, de forma que la orientación y movilidad de

una molécula dada, esta influenciada por sus vecinas. Existen muchos modelos que

pretenden explicar la estructura del agua liquida. Sin embargo, la mayoría de ellos son

altamente especulativos y de escasa utilidad en la quimica de los alimentos.

El grado de enlazamiento del hidrogeno depende de la temperatura. El hielo a 0 oC, tiene

un grado de coordinación de 4, con una distancia entre moléculas vecinas mas próximas

de 2,76 Å. Al fundir algunos enlaces de hidrogeno se rompen (aumenta la distancia entre

vecinas mas próximas). Simultáneamente se destruye la estructura rígida y las moléculas

de agua se reorganizan entre si, en disposiciones reticulares mas compactas. A medida

que la temperatura se eleva, el numero de coordinación del agua aumenta desde 4 en el

hielo a 0 oC, hasta 4,4 en el agua a 1,5 oC y hasta 4,9 a 83 oC, aumentando la distancia

entre vecinas mas proximas desde 2,76 Å en el hielo a 0 oC hasta 2,9 Å en el agua a 1,5

oC y hasta 3,05 a 83 oC.

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ESTRUCTURA DEL AGUA.

Es evidente que la transformación del

hielo en agua esta acompañada por un

aumento de la distancia entre vecinas

mas próximas (disminuye la densidad) y

por un aumento del numero de

coordinacion (aumenta la densidad), con

predominio del ultimo factor en la zona de

0 a 4 oC para determinar el familiar

aumento neto de densidad. Desde los 4

oC, en adelante prevalece el aumento de

la distancia entre vecinas mas próximas

sobre el aumento del numero de

coordinación por lo que disminuye la

densidad.

El posterior calentamiento por encima del punto

de fusión hace que la densidad pase por un

máximo a 3,98 oC, declinando gradualmente

después al aumentar la temperatura. Es

aparente, por tanto, que el efecto del

incremento del numero de coordinación

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

que el aumento de la distancias entre vecinas

mas próximas debe predominar por encima de

3,98 0C.

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ESTRUCTURA DEL AGUA.

La baja viscosidad del agua es reconciliable con el tipo de estructura que se ha descrito, ya

que el retículo de enlaces de hidrogeno es altamente dinámico permitiendo, a las

moléculas individuales en un lapso de tiempo de nanosegundos a picosegundos, alterar

sus relaciones de enlazamientos de hidrogeno con sus moléculas vecinas, aumentando así

la movilidad molecular y la fluidez.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO.

La interacción agua-soluto implica la alteración del soluto como la de la propia agua. Las

sustancias hidrofilicas interactúan fuertemente con el agua mediante mecanismos dipolo-

dipolo, modificando la estructura y la movilidad del agua, así como la de la sustancia

hidrofilica. Mientras que los grupos hidrofóbicos de las sustancias añadidas interactúan

débilmente con el agua adyacente, prefiriendo un ambiente no acuoso. El agua adyacente

a los grupos hidrofóbicos asume un mayor grado de estructura que el agua pura, cambio

termodinámicamente desfavorable debido a la disminución de la entropía. Para minimizar

este cambio termodinámico los grupos hidrofóbicos, siempre que sea posible se agregan

para reducir su contacto con el agua, proceso que se conoce como interacción hidrofóbica.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO.

Antes de tratar específicamente las interacciones agua-soluto, conviene discutir el

fenómeno general al que se hace referencia mediante varios términos tales como ligazón

de agua, hidratación, agua ligada y capacidad de retención de agua.

Los términos ligazón de agua e hidratación son similares y se refieren a la tendencia del

agua a asociarse con distintos grados de intensidad a sustancias hidrofilicas.

El grado de intensidad de la ligazón de agua o hidratación depende de varios factores

como la naturaleza del componente no acuoso, la composición salina, el pH y la

temperatura.

AGUA LIGADA.

El termino agua ligada no puede tratarse con tanta facilidad. El agua ligada no es una

entidad fácilmente identificable y homogénea, por lo que la terminología descriptiva es

difícil, no existiendo una definición generalmente aceptada.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. AGUA LIGADA.

Si todo el agua se considera bien como “libre” o “ligada”, puede razonablemente argüirse

que toda el agua de los tejidos esta ligada puesto que no fluye libremente cuando se

aplican fuerzas moderadas y toda ella se encuentra bajo influencia de las estructuras

biológicas o solutos y por tanto se comporta de manera diferente al agua pura..

Según esto el “ligamiento” puede ser considerado desde el punto de vista de:

* La estructura del agua (posición promedio de las moléculas de agua entre si y en

relación con los solutos y estructuras biológicas),

* Movilidad de las moléculas de agua (movimiento rotacional y translacional),

* Energías de ionización de enlaces (agua-agua, agua-soluto y/o agua-ion), o

* La actividad del agua (aw) (definida como p/p0, donde p es la presión parcial del agua

en la muestra y p0 la presión vapor del agua pura a la misma temperatura.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. AGUA LIGADA.

Algunos autores votan por usar el termino agua ligada sin previa definición, mientras que

otros ha propuesto todo un abanico de definiciones que a la larga solo crea mas confusión.

Sin embargo, de ese abanico de definiciones se puede considerar lo siguiente:

* El agua ligada no congela a una temperatura baja arbitraria (normalmente -40 oC o mas

baja).

* El agua ligada se encuentra en la vecindad de solutos y otras sustancias no acuosas y

tienen propiedades que difieren significativamente del resto de la masa de agua del mismo

sistema.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. CAPACIDAD DE RETENCION DE AGUA.

La capacidad de retención de agua, describe la capacidad de moléculas, generalmente

macromoléculas, para atrapar grandes cantidades de agua de tal manera que se evite la

exudación. Ejemplo, geles de pectina y de almidón y tejidos tanto animales como

vegetales.

El agua atrapada no fluye incluso aunque se provoque considerable daño mecánico

(ejemplo, troceado).

El agua atrapada se comporta casi igual al agua pura durante el procesado, es decir, se

elimina fácilmente durante la desecación y se convierte fácilmente en hielo durante el

congelamiento. Esto es, aunque sus propiedades de flujo masivo están severamente

restringidas, el movimiento de las moléculas individuales es esencialmente el mismo que el

de las moléculas de agua en una solución salina diluida.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. CAPACIDAD DE RETENCION DE AGUA.

El agua atrapada constituye la principal fracción del agua de las células y de los geles y su

variación tiene profundos efectos sobre la calidad de los alimentos. Por ejemplo, el

almacenamiento de los geles, de ordinario supone una perdida de su calidad debido a la

disminución de su capacidad de retención de agua (sinéresis). De igual modo la

congelación de tejidos, frecuentemente conduce a un disminución de la capacidad de

retención de agua, que se evidencia mediante el exudado en el descongelamiento.

También los cambios fisiológicos post-mortem del músculo (↓ pH), generalmente reducen

la capacidad de retención de agua hasta el punto de desfavorecer la calidad de los

embutidos.

Conviene concluir esta sección con un sistema de clasificación de los diferentes tipos de

agua en los alimentos y con la enumeración de las propiedades asociadas a estas diversas

clases de agua.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. DIFERENTES TIPOS DE AGUA.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. DIFERENTES TIPOS DE AGUA.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. DIFERENTES TIPOS DE AGUA.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON IONES Y

GRUPOS IONICOS..

El agua que interactúa con iones y grupos

iónicos representa parte del agua mas

firmemente ligada a los alimentos. La estructura

normal del agua es distorsionada por la adición

de solutos disociables. Existe evidencia de que

algunos iones tienen un efecto demoledor de la

estructura normal del agua, mientras que otros

la promueven.

Se piensa que el agua multicapa de los iones

se encuentra en un estado distorsionado debido

a la influencias estructurales conflictivas del

agua vecinal y el agua de la fase masiva. El

agua de la fase masiva tiene propiedades

similares a la del agua en una solución diluida.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON IONES Y

GRUPOS IONICOS..

Los iones pequeños y/o multivalentes (la

mayoria iones positivos) Li+, Na+, Ca+, Ba+,

Mg+, Al+3, F-, H3O y OH-, poseen fuerte

campo eléctrico y son promotores de

estructura neta.

Mientras que los iones grandes y

monovalentes (la mayoría de los iones

cargados negativamente e iones

grandes positivos) K+, Rb+, Cs+, NH4+,

Cl-, Br-, I-, NO3-, BrO3

-, ClO4-, son

demoledores de estructura neta.

La interacción del agua con solutos neutros

formadores de enlaces de hidrogeno es mas

débil que con solutos iónicos. Sin embargo,

el agua enlazada con solutos neutros por

enlaces de hidrogeno debe considerarse

como agua constitucional o vecinal.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON GRUPOS

NEUTROS FORMADORES DE ENLACES DE HIDROGENO.

Por lo general los solutos neutros que

forman enlaces de hidrogeno con el agua

tienden a incrementar la estructura neta del

agua o al menos no la reducen. Sin embargo, la distribución y la

orientación de los sitios formadores de

enlaces de algunos solutos son

geométricamente incompatible con los

que se piensan existen en el agua

normal. Por lo tanto tienen un efecto

demoledor de la estructura normal del

agua.

La urea es un ejemplo de soluto que tienen

sitios formadores de enlaces

geométricamente incompatible con el agua,

por lo que tiene un marcado efecto

demoledor de la estructura normal de agua.

Por estas razones, la mayoría de los solutos

formadores de enlaces de hidrogeno

dificultan la congelación.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON GRUPOS

NEUTROS FORMADORES DE ENLACES DE HIDROGENO.

Los enlaces de hidrogeno del agua pueden

formarse con varios grupos potencialmente

elegibles (hidroxilo, amino, carboxilo, amida

o imino). También se ha sugerido la

formación de puentes de agua entre dos

sitios de una macromolécula o entre

macromoléculas

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON SUSTANCIAS

APOLARES.

La interacción del agua con

hidrocarburos, gases raros, grupos

apolares de ácidos grasos, aminoácidos

y proteínas, es termodinámicamente

desfavorable porque reduce la entropía,

debido a un aumento del numero de

enlaces de hidrogeno agua-agua. Esto

promueve la estructura normal del agua

entre moléculas adyacentes al soluto

apolar

Merecen especial atención la formación

de hidratos clatrato y las interacciones

hidrofóbicas de las proteínas.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON SUSTANCIAS

APOLARES.

Los hidratos clatratos son compuestos

de inclusión de tipo geliformes, en los

que el agua como sustancia

hospedadoras forma estructuras

cavitarias mediante enlaces de

hidrogeno, que atrapan físicamente

moléculas de una segunda especie

conocidas como moléculas huéspedes.

Son la mas extrema respuesta

formadora de la estructura del agua

frente a sustancias apolares. Los

cristales clatratos pueden crecer

fácilmente hasta hacerse visibles y

algunos son estables a temperaturas

superiores a 0oC.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON SUSTANCIAS

APOLARES.

Las moléculas huéspedes de los

hidratos clatratos son moléculas de

bajo peso molecular con tamaño y

forma compatible con las cavidades

formadas por 20-74 moléculas de agua.

Por ejemplo, el dióxido de carbono, el

dióxido de azufre, oxido de etileno,

aminas primarias, secundarias y

terciaras de cadena corta.

Las interacciones entre el agua y el

huésped a menudo son mediante

fuerzas de van der Walls, aunque en

algunos casos existe interacción

electrostática.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCIONES HIDROFOBICAS DE LAS

PROTEINAS.

Las interacciones hidrofobicas, existen

y son muy importantes porque el 40%

de los aminoácidos de las proteínas

tienen cadenas laterales apolares. Las

interacciones hidrofobicas también se

dan con otros grupos como alcoholes,

ácidos grasos y aminoácidos.

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INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCIONES HIDROFOBICAS DE LAS

PROTEINAS.

Por ser también este tipo de interacción

termodinámicamente desfavorable la

misma estimula la asociación de grupos

hidrofóbicos. En cuanto a naturaleza

del agua adyacente a los grupos

hidrofóbicos, la estructura propuesta

por Lewin, es compatible con el

requerimiento de que el agua y los

grupos apolares no se atraigan.

Este esquema tiende a atraer aniones y

a repeler cationes.

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ACTIVIDAD DE AGUA (aw).

Se ha observado que diferentes

alimentos con igual contenido de agua

difieren en su susceptibilidad a la

alteración. Por lo que el contenido de

agua no es un indicador fiable de la

alterabilidad. Esto puede atribuirse a los

distintos grados de intensidad con que

la moléculas de agua se asocian a los

solutos no acuosos.

Mientras el agua esta mas asociada a

los solutos menos disponible esta para

participar en reacciones químicas

hidrolíticas o para el crecimiento

microbiano .

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ACTIVIDAD DE AGUA (aw).

La aw de agua se define como:

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

Donde:

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

f0: es la fugacidad en estado estándar a T.

p: es la presión parcial del agua en el alimento a T.

p0: es la presión del agua pura a T.

HR: humedad relativa.

Ma: Moles de agua.

Ms: Moles de soluto.

Varios factores como la concentración

de oxigeno, el pH, la movilidad del agua

y el tipo de soluto influyen sobre la

degradabilidad de los alimentos. Sin

embargo la aw, se correlaciona muy

mejor con la velocidad de muchas

reacciones degradativas, que el

contenido de agua. Por lo cual se

justifica su uso medida en los

alimentos.

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ACTIVIDAD DE AGUA (aw).

La aw de agua se define como:

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

Donde:

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

f0: es la fugacidad en estado estándar a T.

p: es la presión parcial del agua en el alimento a T.

p0: es la presión del agua pura a T.

HR: humedad relativa.

na: Moles de agua.

ns: Moles de soluto.

Varios factores como la concentración

de oxigeno, el pH, la movilidad del agua

y el tipo de soluto influyen sobre la

degradabilidad de los alimentos. Sin

embargo la aw, se correlaciona muy

mejor con la velocidad de muchas

reacciones degradativas, que el

contenido de agua. Por lo cual se

justifica su uso medida en los

alimentos.

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ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ISOTERMAS DE ADSORCION Y DESORCION.

El numero de moles del soluto puede calcularse

por: n2= G.∆Tf/(1000xKf)

Donde:

G: gramos del solvente en la muestra.

∆Tf: depresion del punto de congelacion.

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

La actividad acuosa es una propiedad

intrínseca y se relaciona con el

contenido de humedad mediante las

curvas o isotermas de adsorción y

desorcion. La relación no suele ser

lineal y dichas curvas sugieren que la

aw es menor en la desorcion que en la

adsorción. También sugieren que

ambos procesos no son reversibles por

la misma vía.

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

La ecuación de Clausius-Clapeyron,

en forma modificada describe la

dependencia de la aw con la

temperatura, mediante:

d ln(aw)/d (1/T) = -

∆H/R

Donde:

T: temperatura absoluta.

R: constante de los gases

∆H: calor isostérico neto de sorción

correspondiente al contenido de agua

de la muestra.

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

La aw presenta una dependencia con

la temperatura para casi todo el rango

de actividad de agua estudiado, es

decir, para un aw dado el contenido de

humedad de equilibrio aumenta a

medida que disminuye la temperatura.

Siendo evidente que las muestras

adsorbieron mas agua a 7 y a 22 que

a 45 oC. Esto se puede explicar

entendiendo que las moléculas de

agua tienen menor energía cinética a

menor temperatura y que la formación

de enlaces de hidrogeno es proceso

exotérmico.

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

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

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

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

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

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

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

Las curvas de: hidrólisis enzimática, perdidas de

clorofila y perdidas de vitamina C, siguen un

comportamiento mas o menos acorde a la

isoterma de sorción. Llama la atención que las

curvas de oxidación de lípidos, de reacción de

Maillard, crecimiento microbiano y perdida de

vitamina B1, no tienen un comportamiento

acoplado a la curva de sorción característica..

En la oxidación de lípidos a valores muy

bajos de aw, velocidad de oxidación

disminuye a medida que se añade agua

hasta los limite de las zonas I y II. La

posterior adición de agua genera un

aumento la velocidad de oxidación hasta

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

mas agua vuelve a disminuir la velocidad

de oxidación.

El agua añadida a la zona zona I, liga

hidroperóxidos y evita su descomposición,

por lo que retarda la oxidación de lípidos.

Además esta agua hidrata iones metálicos

indisponiéndolos como catalizadores de la

oxidación de lípidos.

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

Por encima del limite de las zonas I y II, el agua

añadida incrementa la solubilidad del oxigeno,

además el hinchamiento provocado por el agua

deja expuesto mas sitios catalíticos para la

oxidación de los lípidos. Mientras que a valores

aun mayores de aw, el agua añadida disminuye la

concentración de catalizadores en consecuencia

se reduce la oxidación.

Las curvas de reacción de Maillard,

degradación de vitamina B1 y crecimiento,

tienen un máximos a valores intermedios o

altos de aw. Se ha sugerido que para

reacciones donde el agua es un producto

de reacción lo siguiente:

1.- Inhibición de la reacción (Principio de Le-

Chatelier).

2.- Cuando la solubilidad, accesibilidad y movilidad

son potenciadoras de la velocidad de reacción, por

encima de cierto umbral el agua adicional

incrementa la dilución de catalizadores

disminuyendo asi la velocidad de la reacción.