FENMENOS DE SUPERFICIE:ADSORCIN

ADSORCIN EN SLIDOSADSORCIN QUMICA

Adsorbato + adsorbente reaccin qumica

Se rompen y forman enlaces, pero no va ms all de una monocapa en la superficieEl adsorbato (un liquido o un gas) se adsorbe en un slidoADSORCIN FSICA

Adsorbato + adsorbente fuerzas de van der Waals

Molculas de adsorbato ligadas dbilmente a la superficie

El aumento de T disminuye considerablemente la adsorcin

ISOTERMA DE FREUNDLICHTomando logaritmosISOTERMAS DE ADSORCIN EN GENERAL

Inadecuada cuando C es grande

ISOTERMA DE LANGMUIRSuperficie (S)En el equilibrio

Para un adsorbato disuelto en un liquido

Conocida K podemos calcular q

Superficie cubierta con capa monomolecular de adsorbato

ISOTERMA BRUNAUER-EMMETT-TELLER (BET)Considera la adsorcin de capas adicinales y NO solo de una capa monomolecularHay una entalpa de adsorcin para la primera capa (monocapa)Hay una entalpa de licuefaccin-condensacin para la segunda y todas las otras capas

K = constante de equilibrio para la adsorcinP = presin del gas adsorbidoP0 = presin de vapor de saturacinV = volumen del gas adsorbidoV0 = volumen adsorbido como monocapapa Existen otras ecuaciones que se presentarn ms adelante para el caso particular de alimentos

COMPORTAMIENTO IDEAL DE AMBAS FASESACTIVIDAD

COMPORTAMIENTO REAL DE AMBAS FASES

cuandoEl liquido es disolvente puro

En el equilibrioPor otro ladoCombinando ambas ecuaciones

Recordando quegf = coeficiente de fugacidad

ALGUNAS CIFRAST = 20 CxB = 0.0617PA = 17.54 mmHg (literatura)PA = 15.89 mmHg (literatura)Note que aA xAPor lo tanto la ley de Raoult no se cumple

Si hay equilibrio con el medio ambiente, entoncesACTIVIDAD DE AGUA

ISOTERMAS DE ADSORCIN EN ALIMENTOSLas isotermas de sorcin presentan la relacin entre el contenido de agua de un alimento y la actividad de agua Isoterma de adsorcin productos higroscpicos (pendiente pronunciada en la grfica pequeo incremento de la actividad de agua causa gran incremento en el contenido de humedad, e.g. alimentos con alto contenido de sales o azcaresIsoterma de desorcin proceso de secado Las isotermas de sorcin tienen una forma sigmoidal con 3 reas (monocapa, capas adicionales, condensacin capilar) Las zonas corresponden a diferentes condiciones de agua presente en el alimento

TIPOS DE AGUAAgua ligada: Atrada fuertemente (agua enlazada) agua NO disponible como disolvente, NO congela por abajo de 0 C, no tiene presin de vaporAgua libre: Puede ser extrada presionando el alimento entre dos papeles filtro o por centrifugacinAgua atrapada (e.g. geles y frutas) NO es agua ligada, sino agua inmobilizada en capilares o clulasLas isotermas de sorcin indican 3 formas diferentes de agua:Langmuir (monocapa) CapilarDbilmente ligada

Tipo 1: Muy higroscpicosTipo 2: Moderadamente higroscpicosTipo 3: Muy poco higroscpicos

Adsorcin a 25 C en masa de trigo liofilizada

Isoterma

ISOTERMAS DE SORCIN EN ALIMENTOSISOTERMA BETSe aplica a alimentos con baja aW (0 a 0.5)m = contenido de agua del alimentomm = valor de monocapaK = constante de energa de superficieDHS = exceso de entalpa de sorcinDH0 = entalpa de sorcin de la monocapaDHV = entalpa de evaporacin

Linealizando

ISOTERMA GUGGENHEIM-ANDERSON-De BOER (GAB)Se aplica a alimentos hasta aW de 1m = contenido de agua del alimentomm = valor de monocapaK = constanteC = constanteLa ecuacin puede expresarse como un polinomio de segundo orden

donde

OTRAS ECUACIONES

No hay equilibrio puesto que hay dos humedades para la misma aW HISTRESISCondensacin capilar y proporcin amorfocristalino son probable causas

EFECTO DE LA TEMPERATURAClausius-Clapeyron

Para una misma humedad de equilibrioLa pendiente aumenta cuando la humedad de equilibrio aumenta

ACTIVIDAD DE AGUA Y REACCIONESaW afecta notablemente la cintica de reacciones quimicas y el crecimiento de microorganismos

aW efecto0 a 0.2 (agua de monocapa)no hay actividad enzimtica, crecimiento microbiano, oscurecimiento enzimtico, gran oxidacin de lpidos0.65pueden crecer hongos osmoflicos0.7 a 0.8 (agua capilar)empiezan a cerecer hongos y levaduras0.8 (lmite del agua dbilmente enlazada)empieza el crecimiento de bacterias

0.3 a 0.8oxidacin de lpidos, baja actividad enzimtica (lipasas)0.8 a 1.0 (agua dbilmente enlazada)rpida actividad enzimtica (amilasas, fenoloxidasas, peroxidasas)

ACTIVIDAD DE AGUA Y DETERIOROAlimentos secados/liofilizados 5 a 15% humedad (categora monocapa) tienen gran estabilidad en almacenAlimentos secados (e.g. dtiles) 20 a 40% humedad (categora mono y multicapas) estabilidad mediaAlimentos de humedad intermedia humedad suoerior a 50% (aW > 0.5) (incluyen agua capilar)aW puede ser reducida secando o aadiendo sustancias solubles en agua (e.g. azcar a las jaleas, sal a los encurtidos)

REACCIONES AFECTADAS POR aw1) Reaccin de Maillard Reaccin de oscurecimiento no enzimtico muy importante en el deterioro de alimentosDependende de aw vel. max. a aW = 0.6 a 0.8 (e.g. leche en polvo @ 40 C por 10 das) Oscurecimiento lento a bajas humedades, se hace max. en alimentos de humedad intermedia y disminuye en alimentos con alta humedad. Razn: En el intervalo intermedio todos los reactivos estn disueltos y un posterior aumento de Humedad conduce a su dilucin

2) Cambios de estructuraPolvos (leche) se equilibran a 50% RH, la estructura microporosa es destruda y aumenta el contenido de grasa libre3) Hidrlisis de protopectina4) Rompimiento y desmetilacin de pectina5) Oxidacin autocataltica de grasas6) Transformacin de clorofila en feofitina

ACTIVIDAD DE AGUA Y EMPAQUELos materiales de empaque son de gran importancia para mantener la calidad de los alimentosLas isotermas de sorcin son muy tiles Los productos higroscpicos (isoterma pronunciada) alcanzan contenidos de humedad crtica antes de equilibrarse con las condicones del entorno se requieren recipientes de vidrio con sellos a prueba de humedad/plstico impermeables (cloruro de polivinilo). E.g. caf se apelmaza y pierde fluidez a una RH crtica de 50%Otros productos (no-higroscpicos) no tienen reacciones bajo condiciones normales de almacenamiento pueden guardarse en recipientes de polietileno