Manzana

1. Objetivo
Elaborar una isoterma de desorción de la manzana.

2. Introducción
El agua es una sustancia considerablemente abundante en la naturaleza que resulta esencial para los procesos de los seres vivos debido a las diversas funciones que desempeña. Ademas, es un componente mayoritario en la mayoría de los alimentos, donde contribuye en forma determinante a características como textura, apariencia, sabor, etc. Igualmente, el agua es un factor importante en el deterioro de alimentos por el papel que desempeña en diferentes reacciones químicas y enzimaticas así como en el desarrollo microbiano.

El contenido de humedad de un alimento puede ser un factor indicativo de su propensión al deterioro, también se ha observado que diferentes alimentos con el mismo contenido de humedad pueden ser muy diferentes en su estabilidad. El contenido de humedad es insuficiente para indicar la perecibilidad de un alimento al no tomar en cuenta las interacciones del agua con otros componentes del mismo. Así que Scott (1957) introduce el concepto de actividad de agua (aw). Este término ha resultado muy adecuado para la estabilidad de un producto y toma en cuenta la interacción del agua con otros constituyentes del alimento en condiciones de equilibrio termodinamico.
La aw puedeser descrita en su forma mas simple como la relación de la presión parcial de vapor de agua del alimento dividida por la presión de vapor del agua pura, ambas medidas a la misma temperatura. Su valor varía entre 0 y 1. En el equilibrio la aw también se relaciona con la humedad relativa (HR) del medio ambiente que rodea al producto.
La actividad de agua esta relacionada con el contenido de humedad de un alimento (a temperatura constante) por medio de una isoterma de sorción.
El conocimiento del contenido de humedad de equilibrio de un sólido es especialmente importante en la desecación, porque representa el contenido de humedad límite que puede ser extraído durante el secado en ciertas condiciones de humedad y temperatura. Si el material se seca a un contenido de humedad inferior al que posee normalmente en equilibrio con el aire atmosférico, volvera a su valor de equilibrio al almacenarse, a menos que se tomen precauciones especiales.

La determinación del contenido de humedad de equilibrio puede efectuarse a partir de métodos estaticos donde el volumen de aire permanece estancado o métodos dinamicos donde el flujo de aire circula constantemente; por esta razón deben esperarse tiempos de equilibrio mas pequeños cuando se emplea este último.

El contenido de humedad de un producto puede ser diferente, dependiendo de que el producto comience ahumedecerse (sorción o adsorción) o a secarse
(desorción).
Desde el punto de vista nutritivo la manzana es una de las frutas mas completas y enriquecedoras en la dieta. Un 84.8% de su composición es agua, por lo que resulta muy refrescante e hidratante. Los azúcares, la mayor parte fructosa (azúcar de la fruta) y en menor proporción, glucosa y sacarosa, de rapida asimilación en el organismo, son los nutrientes mas abundantes después del agua. Es fuente discreta de vitamina E o tocoferol y aporta una escasa cantidad de vitamina C. Es rica en fibra, que mejora el transito intestinal y entre su contenido mineral sobresale el potasio. La vitamina E posee acción antioxidante, interviene en la estabilidad de las células sanguíneas como los glóbulos rojos y en la fertilidad. El potasio, es un mineral necesario para la transmisión y generación del impulso nervioso y para la actividad muscular normal, interviene en el equilibrio de agua dentro y fuera de la célula.

3. Equipo, material y reactivos.
Equipo:
* 1 Balanza Analítica.
* 1 Estufa Blue M electric company (Incubadora bacteriológica de tipo secado).
* 1 Termómetro industrial Avaly (Escala a 150°C).
* 1 Estufa doméstica.
* 1 Aqua Lab CX-2.
* 1 Desecador.

Material:
* 1 vaso de precipitado de 100 ml.
* 1 vaso de precipitado de 1000 ml.
* 1 pipetagraduada de 10 ml.
* 2 cajas de petri.
* 2 ollas metalicas.
* 4 frascos de vidrio con tapa de plastico.
* 4 vasos desechables 1 oz.
* 4 clips metalicos de oficina.
* 2 m de hilo negro.
* 1 m de papel encerado Reynolds.
* Cinta adhesiva (tipo canela).
* 1 tabla para picar de plastico.
* 1 cuchillo.

Reactivos:
* 50 g de K2CO3.
* 16.74 g de NaCl.
* 25.0 g de Benzoato de sodio.
* 5.662 g de K2SO4.
* 4 L de H2O.
* 5 g de benzoato de sodio.
* 5 g de acido cítrico.
* 5 g de cloruro de calcio.

Muestra:
* 1 manzana.

4. Técnica:
* Inicio:
1. Lavar todo el material con agua de grifo y detergente.
*Para el escaldado:
1. Medir 1 L de H2O potable en 1 vaso de precipitado de 1000 ml y transferirlos a una olla metalica (H2O a temperatura ambiente ≈ 20°C).
2. Medir 1 L de H2O potable en 1 vaso de precipitado de 1000 ml, vaciarla a la olla metalica.
3. Pesar con exactitud en balanza analítica 5 g de acido cítrico, 5 g de cloruro de calcio y 5 g de benzoato de sodio. Agregar estos reactivos al litro de agua. Proceder a calentar la solución preparada hasta ebullición.
4. Mientras se llega a la temperatura de ebullición, cortar con exactitud 4 muestras de manzana (previamente lavada ysecada) de 2.000 g
5. Colocar las 4 muestras en la solución del paso 1 cuando ésta llegue a ebullición (≈ 100°C).
6. Transcurrido 1 minuto, sacar las 4 muestras y colocarlas en la olla metalica del paso 1. Continuar en el paso 2 de la técnica del montaje del experimento.
* Para la preparación de soluciones (hasta saturación)
Las soluciones deben ser preparadas previamente al procedimiento de escaldado.
* Solución preparada: Carbonato de potasio (K2CO3).
1. Medir 50 ml de H2O potable en un vaso de precipitado de 100 ml (volumen de solvente determinado por criterio). Transferir el volumen medido aún frasco de vidrio.
2. Pesar una determinada cantidad del reactivo (5-10 g) y agregarlo al volumen medido de agua hasta observar que se forma una solución saturada. Si la cantidad de reactivo pesado no resulta suficiente para lograr la saturación, repetir el proceso.
Reactivo total utilizando = 50 g.

Para la preparación de las soluciones del resto de los reactivos, realizar el mismo procedimiento.

Resultados obtenidos
Reactivo total NaCl = 16.74 g
Reactivo total benzoato de sodio = 25.00 g
Reactivo total K2SO4 = 5.662 g
3. Medir 1 ml de cada solución con pipeta graduada de 10 ml y transferirlos a un vaso desechable 1 oz cada una.
4. Medir la actividad de agua (aw) de cada solución. Registrar el dato. Comparar el valor obtenido con elestablecido en: Tabla 1. “Humedades relativas generadas por soluciones saturadas de diferentes sales” para determinar la temperatura de reposo de las soluciones (25°C) (anexo).
aw= % h100

Solución preparada | aw (medida) | aw (valor de tabla) |
Carbonato de potasio (K2CO3) | 0.596 | 0.43 |
Cloruro de sodio (NaCl) | 0.775 | 0.755 |
Benzoato de sodio | 0.883 | 0.88 |
Sulfato de potasio (K2SO4) | 0.934 | 0.97 |

Comparando los datos obtenidos de actividad de agua de las soluciones preparadas con el valor reportado en la bibliografía, se observa una pequeña variación; no obstante, al ser esta diferencia no muy grande, se considera que los datos estan dentro del rango esperado.
Para graficar la curva se tomaran los valores de aw de la tabla.
5. Agregar una pizca de benzoato de sodio a cada una de las soluciones con la finalidad de impedir el crecimiento de hongos.
* Para el secado de la muestra sin tratamiento
1. Lavar la fruta con agua de grifo y detergente, posterior a eso secar con franela.
2. Cortar con exactitud 1 muestra de manzana de 2.000 g
3. Colocar en un plato de porcelana la muestra, secar en la estufa durante 5 h a 70°C, transcurrido ese tiempo de secado, aumentar la temperatura a 130°C durante 3 horas. Posteriormente, colocar la muestra en el desecador hasta que adquiera la temperatura de ambiente (30 minutosaproximadamente).
4. Pesar la muestra con exactitud en balanza analítica y se registra el dato para posteriores calculos.
* Para el secado de la muestra con tratamiento
1.- Se sacan los trozos de manzana de las soluciones y se colocan en un trozo de papel encerado, para posteriormente ser pesados.
Pesar la muestra con exactitud en balanza analítica y se registra el dato en la siguiente tabla.
3.- Colocar en una caja petri, secar en la estufa durante 5 h a 70°C, transcurrido ese tiempo de secado, aumentar la temperatura a 130°C durante 3 horas. Posteriormente, colocar la muestra en el desecador hasta que adquiera la temperatura de ambiente (30 minutos aproximadamente).

Volver a pesar las muestras en la balanza analítica y registrar el dato en la siguiente tabla.

Solución preparada | Peso en gramos (antes del secado) | Peso en gramos (después del secado) |
Carbonato de potasio (K2CO3) | 0.233 | 0.2 |
Cloruro de sodio (NaCl) | 0.865 | 0.2 |
Benzoato de sodio | 1.588 | 0.2 |
Sulfato de potasio (K2SO4) | 1.788 | 0.2 |

*Para el montaje del experimento:
1. Tomar un frasco de la solución preparada y colocar un hilo a través de la boca de éste y utilizar cinta adhesiva alrededor de la boca del frasco para asegurar que el hilo quede tenso. Repetir el paso con cada uno de los frascos.

2. Continuación del paso 5 de procedimiento deescaldado
Abrir un clip de manera que forme un gancho. Sacar la muestra de manzana escaldada de la olla metalica y colocarla en el gancho, posterior a eso colgar el gancho en el hilo del frasco y cerrarlo.
3. Repetir el procedimiento para cada uno de los 3 frascos y 3 muestras de manzana restantes.

5. Resultados.
* Secado de la muestra sin tratamiento.

aw (manzana sin tratamiento) = 0.945

Peso inicial = 2.000 g
Peso final = 0.3

* Resultados obtenidos a partir de las muestras después de: __48__ horas.

Solución de la que proviene la muestra de manzana | aw | Peso inicial(wi) | Peso final(wf) | x= wi-wfwf |
K2CO3 | 0.430 | 0.233 | 0.2 | 0.165 |
NaCl | 0.755 | 0.865 | 0.2 | 3.325 |
Benzoato de sodio | 0.880 | 1.588 | 0.2 | 6.940 |
K2SO4 | 0.970 | 1.788 | 0.2 | 7.940 |

Graficar | x | y |
| aw | x |
K2CO3 | 0.43 | 0.165 |
NaCl | 0.755 | 3.325 |
Benzoato de sodio | 0.880 | 6.940 |
K2SO4 | 0.970 | 7.940 |



Soluciones | aw | Wi | Wf | X | % Humedad |
Carbonato de potasio | 0.430 | 0.233 | 0.2 | 0.165 | 14.16309013 |
Cloruro de sodio | 0.755 | 0.865 | 0.2 | 3.325 | 76.87861272 |
Benzoato de sodio | 0.880 | 1.588 | 0.2 | 6.940 | 87.40554156 |
Sulfato de potasio | 0.970 | 1.788 | 0.2 | 7.940 | 88.81431767 |

6. Conclusiones y comentarios.
La determinación experimental de este tipo de curva sumado ala construcción de una isoterma de adsorción (conjunto llamado isoterma de sorción) en alimentos y productos alimenticios, conducen al conocimiento del comportamiento de éstos frente a los ambientes húmedos. Su aplicación en la industria, la investigación y desarrollo de nuevos alimentos es muy amplia y de gran utilidad.
Las isotermas son dependientes de la temperatura. Establecen la relación entre el contenido en humedad de equilibrio (g de H2O/g materia seca) con la actividad termodinamica del agua (o del componente correspondiente) en el producto, en un intervalo dado de humedad o actividad.
Los términos adsorción-desorción tienen que ver con la forma en que se llevó a cabo la experimentación (partiendo de producto seco o producto húmedo, respectivamente) para la determinación de equilibrio.
A la misma humedad relativa cuanto mayor es la temperatura menor sera el contenido en agua. Y con contenidos en agua iguales, a mayor temperatura, mayor  actividad de agua. El presente trabajo se llevó a cabo a temperatura de 25°C para las 4 muestras, estableciéndose una isoterma de desorción.
En base a los datos experimentales del equilibrio contenido de humedad frente a la actividad de agua se observa un aumento del contenido de humedad a medida que se aumenta la actividad de agua. En el caso de esta grafica el comportamiento es de tipo parabólico.
No puedenhacerse mas conclusiones debido a que no se cuenta con la curva en sentido inverso (adsorción) con la finalidad de establecer una comparación entre ellas.

7. Anexo: Tabla 1. Humedades relativas generadas por soluciones saturadas de diferentes sales.
SAL | 10 ºC | 15ºC | 20ºC | 25ºC | 30ºC |
Bromuro de litioHidróxido de sodioCloruro de litioAcetato de potasioCloruro de magnesioCarbonato de potasioBromuro de sodioCloruro cúpricoYoduro de potasioCloruro de sodioSulfato de amonioCloruro de potasioBenzoato de sodioNitrato de potasioSulfato de potasio | 7.1-11.323.533.544.060.068.072.076.081.087.088.095.598.0 | 6.99.611.323.533.043.059.068.071.075.580.586.088.095.098.0 | 6.68.911.323.033.043.058.068.071.075.580.585.088.094.097.5 | 6.48.211.322.533.043.057.567.569.075.580.084.588.093.097.0 | 6.27.611.322.032.543.056.567.068.075.080.084.088.092.097.0 |
8. Bibliografía
1. Aguilera M.A., 1997. Actividad de agua, concepto y aplicación en alimentos con alto contenido en humedad. Temas en tecnología de alimentos. México D. F., CYTED, Instituto Politécnico Nacional.
2. Martínez Navarrete N. 1998. Concepto de isoterma de sorción. Termodinamica y cinética de sistemas alimento entorno. México D.F. Universidad Politécnica de Valencia.
3. Chaguri L., Chenlo F. Moreira R., Santos F. 2005. Isotermas de sorción. Ciencia y tecnología alimentaria 5 (001).