UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL
CUSCO
ESCUELA DE POST GRADO
MAESTRIA EN CIENCIA Y TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
COMPOSICION Y ANÁLISIS
DE ALIMENTOS
EPA 01ACT
Dra. Celina Luízar Obregón
Agua
Importancia del agua en los alimentos
Es una sustancia de complejidad infinita, de grande
inapreciable importancia, dotada de una rareza y belleza
suficiente como para excitar y retar a cualquiera que
pretenda conocerla
Importancia del agua
Es esencial para la vida como:
 Estabilizadora de la temperatura corporal,
 Portadora de nutrientes y productos de desecho,
 Como reactivo y medio de reacción,
 Estabilizadora en la conformación de biopolímeros,
 Probable facilitadora de la conducta dinámica de las
macromoléculas,
 Por sus propiedades catalíticas, etc
Importancia del agua
El agua representa el constituyente más abundante en la
mayor parte de los alimentos en estado natural a excepción de
los granos.

En la cantidad, localización y orientación correcta, es crucial
para los procesos vitales.


Influye en la estructura, aspecto y sabor de los alimentos.
La textura de los alimentos dependen de la asociación entre
el agua y otros constituyentes, sin embargo esta cualidad es
también responsable de su deterioro.

Tabla. Contenido de agua de diversos alimentos
Alimento
Contenido de agua (%)
Carnes
De cerdo, cruda
53-60
Vacuna, cruda
50-70
De pollo, todas las clases
Pescado
74
65-81
Frutas
Bayas, cerezas, peras
80-85
Manzanas, naranjas
85-90
Fresas, tomates
90-95
Verduras
Plátanos, alberjas (verdes)
74-80
Brócolis, zanahorias, papas
80-90
Espárragos, habas, lechugas, coliflor
90-95
La molécula de agua
Constantes físicas del agua y del
hielo
Propiedad
Peso molecular
Propiedades de transición de fase
Punto de fusión a 101.3 k Pa (1 atm)
Punto de ebullición a 11.3 k Pa (1
atm)
Temperatura Crítica
Presión Critica
Punto triple
Calor de fusión a 0°C
Calor de vaporización a 100°C
Calor de sublimación a 0°C
18.0153
0.000°C
100.000°C
373.99°C
22.064 MPa (218.6 atm)
0.01°C and 611.73 Pa (4.589 mm Hg
)
6.012 kJ (1.436 kcal)/mol
40.657 kJ (9.711 kcal)/mol
50.91 kJ (12.16 kcal)/mol
Constantes físicas del agua y del hielo
0oC (hielo) -20 oC (hielo)
20 oC
0 oC
Densidad (kg/L)
0.998203
0.999841
0.9168
0.9193
Viscosidad (Pa.s)
1.002 x10-3
1,787x10-3
-
-
Tensión superficial
frente al aire (N/m)
72.75 x10-3
75.6 x10-3
Presión de vapor
2.337 x10-3
6.103 x10-2
6.104 x10-2
1.034 x10-2
Propiedades físicas del agua

Calor específico: cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un
grado.

Calor latente de fusión y de vaporización: se llama así al calor
que se absorbe sin cambiar la temperatura del agua.

Conductibilidad térmica: tiene la propiedad de transmitir el calor
y la electricidad.

Viscosidad: tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una
fuerza.
El agua puede existir en estado sobreenfriado, es decir puede
permanecer en estado líquido aunque su temperatura esté por
debajo del punto de congelación. Es uno de los agentes ionizantes
más conocidos y también se le conoce como el disolvente
universal.
Asociación de las moléculas de agua

La forma de V de una molécula de agua y la naturaleza polarizada del
enlace O-H, determinan una distribución asimétrica y un momento
de dipolo en estado de vapor de 1.84D para el agua pura
Fuerza intermolecular muy alta
m = 1.84 D
Fuerzas atractivas intermoleculares
El agua tiene una gran capacidad para formar múltiples
enlaces de hidrógeno.
Tipo de
enlace
Energia de enlace
media
covalente
335 kJ/mol
Enlace de
hidrógeno
(promedio)
2 – 40 kJ/mol
Cada momécula de agua es capaz de unirse a un máximo de
otras cuatro moléculas.
Conformación tetraédrica.
Se forman cuatro lineas de fuerza
Estructura del hielo
El agua (tetraédrica) cristaliza en
una estructura abierta (de baja
densidad), formando una
geometría hexagonal en el hielo
Capas y estructura basal de hielo
The “basal plane” of ice (combination of two layers of slig htly different
elevation). Each circle represents the oxyg en atom of a water molecule.
Open and shaded circles, respectively, represent oxygen atoms in the upper
and lower layers of the basal planes.
(a) Hexagonal structure viewed down the c axis. Numbered molecules relate
to the unit cell in Fig ure 3.
(b) Three-dimensional view of the basal plane. The front edg e of view b
corresponds to the bottom edge of view a.
Estructura del hielo



Las moléculas de agua están tetracoordinadas.
El hielo no es estático.
La actividad en el hielo se debe, entre otros, al
movimiento de los átomos de hidrógeno al formar el
enlace de hidrógeno.
Solutos en el hielo
La cantidad y clases de solutos presentes puede influir en la cantidad,
tamaño, estrucura, localización y orientación de los cristales de hielo.
 Las formas generales encontradas en alimentos son hexagonales, pero
tambien se conocen las dendritas irregulares, esferulitas simples y
esferulitas evanescentes.

dendritas irregulares
esferulitas
Estructura del agua
El agua líquida tiene una estructura que le permite producir rigidez
de largo rango.
 La movilidad de una molécula de agua está influenciada por sus
vecinas.
 Es un “líquido abierto” con densidaddel 60% de lo que se esperaría,
explicada por su disposición tetraédrica.

Estructura del agua
El água líquida (t.a.) contiene
trayectos tridimencionales
ininterrumpidos de enlace
hidrógeno.
 Preferencia local por la
geometría tetraédrica.
 Contiene muchos enlaces
distorcionados o rotos.
 Posibilidad de agregados
dispersos de unas cuantas
moléculas de agua.
 Las moléculas pueden cambiar
entre sí sus enlaces de hidrógeno.
 Matiene la temperatura
constante, el retículo intacto y gran
número de enlaces hidrógeno.

Estructura del agua
En el hielo, a medida que se incrementa la temperatura, se destruye la
estructura rígida.
 Las moléculas de agua se reorganizan.
 Se forman disposiciones reticulares que permiten la formación de
enlaces de hidrógeno distorcionables.
 La temperatura se incrementa (calor latente de fusion).
 El número de coordinación se incrementa desde 4.0 en el hielo:
Hasta 4.4 en el agua ( a 1.50 oC)
Hasta 4.9 en el agua ( a 83 oC)
 Aumenta la distancia entre moléculas vecinas, desde 2.76 A (hielo) a:
2.9 A en el agua ( a 1.50 oC)
3.05 en el agua ( a 83 oC)
 Aumenta el número de vecinas más próximas y aumenta la densidad.
 El retículo de enlace es altamente dinámico, aumentando la movilidad
molecular y fluidez, y por consiguiente disminuyendo la viscosidad.

Interacciones agua-soluto
La adición de diferentes sustancias al agua determina la alteración de la
propiedades de la sustancia añadida y de la propia agua.
Sustancias hidrofílicas (SHf)
Interactuan fuertemente con el agua: dipolo-dipolo; io-dipolo.
Modifican la estructura del agua y su movilidad.
Las sustancias hidrfílicas cambian su estructura y reactividad.
Sustancias hidrofóbicas (SHb)
Los grupos hidrofóbicos interactuan débilmente con el agua adjacente.
El agua adyacente a las SHb asume un grado de estructura mayor que
en el agua pura.
Por ello los grupos hidrófobos se agregan para minimizar su contacto
con el agua.
Interacciones agua-soluto
Ligazón de agua ó Hidratación
(Water binding or hydration)
Es la tendencia del agua a asociarse, con diversos grados de tenacidad a
sustancias hidrofilicas.
Depende entre otros de
la naturaleza del soluto,
Composición salina,
pH,
Temperatura.
Agua Ligada
Es el agua que existe en la
vencindad de los solutos y otros
constituyentes no acuosos,
exibiendo reducida movilidad
molecular y otras propiedades
significativamente alteradas, en
comparación con la “masa de
agua” del mismo sistema, siendo
incongelable a -40 oC.
El agua capilar es la fracción del agua retenida por el suelo que puede ser
absorbida por las raíces de las plantas, mientras que el agua ligada forma una
capa tan fina alrededor de las partículas del suelo y está tan fuertemente unida a
ellas que no puede ser aprovechada por las plantas
Agua Ligada
• La cantidad aparente de agua ligada varía segun el método de análisis.
• La cantidad real de agua ligada varía dependiendo del producto.
• El agua ligada consta de:
• Agua constitucional: es el agua ligada más tenazmente y que
forma parte integral de la sustancia no acuosa.
• Agua vecinal: es el agua ligada que sigue en tenacidad de unión.
Ocupa los sitios de la primera capa de los grupos más hidrofílicos
(de los constutyentes no acuosos).
Cuando ligada a grupos iónicos, se liga más firmemente.
• Agua multicapa: ocupa los restantes sitios de la primera capa y
forma vairas capas detras del agua vecinal.
Está ligada menos tenazmente que el agua vecinal.
También está próxima al constituyente no acuoso, sus propiedades
estan alteradas, respecto al agua pura.
Agua Ligada
• No está inmovilizada.
• El agua ligada a SHf está más estructurada que el agua pura, pero
difiere al hielo.
• La cantidad real de agua ligada varía dependiendo del producto.
• En algunos sistemas celulares de alimentos el agua puede estar
confinada en pequeños capilares (radios 10 a 100 mm). Presenta reducida
movilidad y presión de vapor.
• Los alimentos de alta humedad presentan cantidades pequeñas de
agua ligada.
Ejm. Proteínas 0.3 a 0.5 g H2O por gramo de proteína seca.
• Los alimentos de baja humedad sonmejor descritos con la actividad
de agua.
Capacidad de Retención de Agua (Sinéresis)
• Describe la capacidad de una matriz de moléculas, normalmente
macromoléculas, para atrapar grandes cantidades de agua de tal manera que
se evite la exudación.
Ejm.: pectina, almidón, tejidos animales vegetales;
• La materia orgánica atrapa físicamente grandes cantidades de agua.
Agua atrapada:
Se comporta como agua pura durante el procesado de alimentos;
Se elimina fácilmente, se congela;
Constituye la principal fracción de agua en células y geles;
Influye en la capacidad de retención de agua de los alimentos.
•
Influencia sobre la sinéresis:
Congelación – reducción;
Descenso de pH –reducción.
Actividad del agua
Se define como la relación que existe entre la presión de vapor
de un alimento dado en relación con la presión de vapor del
agua pura a la misma temperatura. Se denomina por regla
general como aw del idioma inglés Water activity, aw ). La
actividad acuosa es un parámetro estrechamente ligado a la
humedad del alimento lo que permite determinar su capacidad
de conservación, de propagación microbiana, etc. La actividad
acuosa de un alimento se puede reducir aumentando la
concentración de solutos en la fase acuosa de los alimentos
mediante la extracción del agua (liofilización) o mediante la
adición de nuevos solutos. La actividad acuosa junto con la
temperatura, el pH y el oxígeno son los factores que más
influyen en la estabilidad de los productos alimenticios.
Principales grupos de alimentos y sus valores de Aw
•
Valores de Aw
0,98 y superiores
salmuera
•
0,93-0,98
enlatadas
•
Gouda
0,85-0,93
fresco
•
0,60-0,85
•
Inferiores a 0,60
Alimentos
Carne y pescado frescos
Frutas y hortalizas frescas
Leche y la mayoría de las bebidas Hortalizas enlatadas en
Frutas enlatadas en almíbar poco concentrado
Leche evaporada Pasta de tomate
Queso sometido a tratamiento industrial Carnes curadas
Embutidos fermentados (no desecados)
Frutas enlatadas en alrni'bar concentrado Queso de
Embutidos secos o fermentados Cecina de vaca Jam0n
Queso de Chedar viejo
Leche condensada azucarada
Frutas desecadas Harina
Cereales
Compotas y jaleas; Nueces
Algunos quesos viejos
Alimentos de humedad intermedia
Chocolate, Pastelería Miel , Bizcochos, Galletas crackers
Patatas a la inglesa,
Huevos y hortalizas deshidratados y leche en polvo
Aw y conservación de los alimentos
El contenido de agua libre se expresa como Aw , donde:
Aw 
P
 n
P
o
Donde
A

n
o
moles de solvente
o
o
n de moles de solvente  n moles de soluto
P = presión de vapor del alimento
Po= presión de vapor del agua pura
Que obedece la Ley de Rault. Soluciones no ideales las moléculas e
iones presentes causan desvíos de la Aw calculada de esta forma.
La presión P del vapor de agua sobre un alimento, despues de alcanzar el
equilibrio, a una temperatura t, corresponde al porcentaje de humedad
relativa HR del alimento:
HR
Aw 
100
Aw y conservación de los alimentos
• El valor máximo de la actividad de agua es 1, en el agua pura.
• Alimentos con Aw> 0.9
Pueden formar soluciones diluidas con componentes del
alimento que servirán de sustrato para desarrollo de
microorganismos.
Las reacciones químicas y enzimáticas pueden disminuir su
velocidad, por las bajas concentraciones.
La contaminación biológica es más fácil.
• Alimentos con Aw 0.40 – 0.80
Hay posibilidad de reacciones químicas y enzimáticas rápidas,
por el aumento de las concentraciones de los reactantes.
• Alimentos con Aw 0.6
Hay poco o ningún crescimiento microbiano
• Alimentos con Aw < 0.3
Se alcanza la “Zona de Absorción Primaria”, presencia de la
monocapa:
Las moléculas de agua pueden estar enlazadas a puntos de
absorción primarios (Ej. R-COOH) y otras moléculas de
idrógeno (agua ligada).
Esta agua no es utilizable para disolver componentes del
alimento.
Las reacciones tienden a velocidad cero.
La oxidación de lípidos es más rápida.
El crecimiento de microorganismos se dificulta.
Aw y conservación de los alimentos
Isotermas de Desorción e Histéresis
Isoterma de adsorción
Es la curva que indica la cantidad de agua retenida por un alimento
en función de la humedad relativa de la atmósfera que le rodea.
Isoterma de desorción
Es única para un producto dado y una temperatura determinada,
No es superponible a la isoterma de adsorción;
En teoría las dos curvas deberían seguir el mismo trazado pero los
experimentos permiten demostrar que no siempre ocurre así.
Ésta no coincidencia de las dos curvas se denomina Histéresis.
• Las dos isotermas teóricas muestran que para cada valor de Aw o
HR, entre los puntos A y B, hay dos valores de contenido de agua en
el alimento:
Uno mayor para el secado.
Uno menor para la hidratación.
• La diferencia entre los dos procesos se llama HISTERESE (retardo,
tendencia a conservar sus propiedades), y se debe a la presencia de la
monocapa.
ZONA 1
El agua constituye la capa primaria, unida a grupos ionizables o
fuertemente polares.
ZONA 1I
El agua puede actuar como solvente y su presión de vapor varia
según la Ley de Rault.
ZONA 1II
Agua retirada de capilares, donde puede formar soluciones,
también agua libre retenida mecánicamente.
Las isotermas se obtienen colocando un alimento en un
recipiente cerrado y midiendo la presión de vapor de agua.
También se puede obtener colocando varias muestras de un
mismo alimento en varios recipientes cerrados, manteniéndolos
con soluciones salinas o ácido sulfúrico de diversas
concentraciones.
Las isotermas de adsorción y desorción se usan para:
Cálculo de Aw en mezclas con componentes de diferentes
Aw
Estimación del peso y área de la capa primaria
Estudio del tipo de embalaje más adecuado ante la sorción
de agua del alimento
Permiten prevenir el grado de deshidratación del alimento
frente a cambios de temperatura ambiente o durante el
almacenamiento.
Factores que influyen sobre las necesidades de
Aw de los microorganismos
• Tipo de soluto utilizado para reducir la Aw .
Algunos microorganismos (Ej mohos) la Aw mínima de
crecimiento es prácticamente independiente del tipo de soluto
utilizado.
Otros microorganismos, sin embargo, cuando se utilizan
determinados solutos, tienen valores de Aw limitante del
crecimiento que son más bajos que cuando se utilizan otros.
El KCl, por ejemplo, suele ser menos tóxico que el NaCl y, éste, a
su vez, tiene menor poder inhibidor que el sulfato sódico.
• Valor nutritivo del medio de cultivo.
Cuanto más apropiado es el medio de cultivo para el crecimiento
general del microorganismo, tanto menor es la Aw limitante del
crecimiento.
• Temperatura.
A temperaturas próximas a la temperatura óptima de
crecimiento, la mayoría de los microorganismos tienen una
tolerancia máxima a los valores bajos de la Aw.

Aporte de oxígeno.
Cuando en el medio existe aire, la multiplicación de los
microorganismos aerobios tiene lugar a valores de la Aw más
bajos que, cuando en el mismo no existe aire, ocurriendo lo
contrario cuando se trata de microorganismos anaerobios.

pH.
A valores de pH próximos a la neutralidad, la mayoría de los
microorganismos son más tolerantes a la escasa Aw , que cuando
se encuentran en medios ácidos o básicos.

Inhibidores.
La presencia de inhibidores reduce el intervalo de valores de Aw
que permite la multiplicación de los microorganismos.
Métodos utilizados para regular la Aw
•
•
•
Estabilización con soluciones reguladores,
Determinación de la isoterma de adsorción del agua
de los alimentos (Iglesias y Chirife, 1976),
Adición de solutos.
Técnicas utilizadas para medir o determinar el
valor de la Aw de los alimentos
• la determinación del punto de congelación,
• técnicas manométricas
• empleo de aparatos eléctricos.
Se coloca la muestra en una pequeña cámara cerrada a una
temperatura constante.
Se utiliza un sensor de humedad relativa para medir el % de humedad
relativa en equilibrio que rodea a la muestra después del equilibrio.
• La determinación del punto de congelación sólo se puede
realizar cuando se trata de alimentos líquidos con valores
de Aw elevados.
• Esta determinación se basa en la ecuación de ClausiusClapeyron para soluciones diluidas (Strong y otros, 1970).
La técnica manométrica que determina directamente la
presión de vapor en la atmósfera que rodea al alimento se
considera muy exacta.
• Esta técnica y el aparato utilizado en la misma los describe
con detalle Labuza (1974).
C O N T E N ID O E N A G U A Y A C T IV ID A D D E A G U A
(a w ) D E A L G U N O S A L IM E N T O S
A lim ento
H ielo (0ºC )
C ontenido
agua (% )
100
C arne fresca
Pan
H ielo (-10ºC )
70
40
100
M erm elada
H ielo (-20ºC )
35
100
H arina de trigo
H ielo (-50ºC )
14,5
100
Pasas
M acarrones
C acao en polvo
D ulces hervidos
B izcochos
Leche deshidratada
Snacks a base de patata
27
10
3,0
5,0
3,5
1,5
A ctividad
de agua
1,00 
0,985
0,96
0,91 
0,86
G rado de protección requerido
E nvasado para evitar
una excesiva desecación
0,82 
0,72
0,62 
0,60
0,45
0,40
0,30
0,20
0,11
0,08
N o se requiere envasado
o tan sólo una protección m ínim a
E nvasado para evitar
su rehidratación
: P resión de vapor del hielo dividido por la fusión de vapor del agua.
Fenómeno
Ejemplos
1,00
0,95
Alimentos frescos perecederos
No crecen: pseudomonas
Bacillus ; clostridium perf.
Salchichas cocidas - pan
Alim. 40% SACAROSA ó 75%
SAL
0,9
Límite inferior crecimiento bacterias
Salmonella ; clostri.botulinum
Jamón curado - queso nomaduro
55% SACAROSA Ó 12% SAL
0,85
No crecen muchas levaduras
Salami - quesos maduros - margari,
Lím. Inf. crec. mohos - enzimas
Staphilococcus aureus
Jarabes frutas - leche conden.
Lím. inf. crec. bacterias halófilas
Mazapan - confituras
65% SACAROSA Ó 15% SAL
0,8
0,75
15-17 % Agua
15-17 % Agua
Fenómeno
0,65
Velocidad máx. Reacción MAILLARD
10 % Agua
Copos avena - melazas - frut. Secos
0,60
Li.c. mohos -levaduras osmófilas
Frutos secos
Caramelos 8% agua - miel
55
Principio DESORDEN del Ac.ADN (Fin Vida)
0,5
Frutos secos -especias - pasta seca
0,4
Mínima velocidad oxidación
5 % Agua HUEVO en POLVO
0,25
Máxima REMORRESISTENCIA ESPORAS
3 % agua leche polvo
0,20
5 % agua verduras secas
15-20% Agua
IN T E R A C C IO N E S E N T R E a w , p H Y T E M P E R A T U R A
E N A L G U N O S A L IM E N T O S
A lim en to
C arne fresca
C arne cocinada
pH
> 4,5
> 4,5
aW
> 0,95
0,95
V ida ú til
días
sem anas
E m butidos
desecados
V erduras frescas
> 4,5
< 0,90
m eses
> 4,5
> 0’95
sem anas
P epinillos
> 4,5
0,90
P an
P astel de frutas
> 4,5
> 4,5
> 0,95
< 0,90
días
sem anas
Leche
Y ogur
> 4,5
> 4,5
> 0,95
< 0,95
días
sem anas
Leche en polvo
> 4,5
< 0,90
m eses
m eses
O bservacion es
A lm acenam iento en refrigeración
E nvasada,se m antiene bien a
tem peratura am biente
S e m antienen por su contenido en
sal y su baja a W
S e m antienen m ientras dura su
“respiración”
S e conservan por el bajo pH
m antenido por su envasado
S e conservan por el tratam iento
térm ico y su baja a W
C onservada por la refrigeración
C onservado por la refrigeración y
su bajo pH
S e conserva por su baja a W
Papel del hielo en la estabilidad de los alimentos a temperaturas subcrioscopicas
• La baja temperatura, y no el hielo, es quien contribuye en la conservación de los
alimentos.
• Consecuencias de la formación del hielo en alimentos celulares y geles
alimenticios:
Los constituyentes no acuosos son concentrados en la fase no congelada.
Toda el agua convertida en hielo aumenta de volumen el 9%.
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