UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA

LA MOLINA
FACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA DE

ALIMENTOS Y PRODUCTOS AGROPECUARIOS
CURSO: QUÍMICA DE ALIMENTOS

INFORME DE LA PRÁCTICA N° 1
DETERMINACIÓN DE LAS ISOTERMAS DE
ADSORCIÓN Y DEL VALOR DE LA COBERTURA
MONOMOLECULAR
Mesa 4
ALUMNO CÓDIGO

Hernandez Alberto, Estefani Milagros 20161442

Hijar Vargas, Maira Alexandra 20161443

Ramirez Antazú, Abdel Mauricio 20161457

Horario: Miércoles 11:00 am - 1:00 pm (C*)

Ciclo: 2020-II

Profesora: Ana Aguilar

Fecha de entrega: 27/01/2021

LA MOLINA - LIMA – PERÚ

 I. INTRODUCCIÓN

El contenido de agua de los alimentos influye en sus propiedades coligativas, reológicas y de

textura, y en reacciones que pueden afectar su vida útil. Sin embargo, este por sí solo no
proporciona información sobre la estabilidad de un alimento. Para esto es necesario conocer
la actividad de agua, la cual nos permite determinar el agua disponible para reacciones
químicas y enzimáticas adversas en los alimentos y para el crecimiento de microorganismos.
Es con la actividad de agua con la que se puede predecir la estabilidad y la vida útil de un
alimento, además de relacionarse con su formulación, el control de procesos como la
deshidratación y rehidratación, su forma de empaque y almacenamiento.

Por otro lado, una de las formas de relacionar el contenido de agua y la actividad de agua de
un alimento es por medio de isotermas de sorción, las cuales se usan como base para diseñar
sistemas de almacenamiento, secado, rehidratación, además de ayudar a predecir la
estabilidad de los alimentos almacenados en distintas condiciones.

Los objetivos de esta práctica son conocer una metodología para la determinación de de
isotermas de adsorción de algunos alimentos y aplicar las ecuaciones de B.E.T. y G.A.B. para
determinar el valor de cobertura monomolecular de los alimentos analizados.
 II. REVISIÓN DE LITERATURA

Isotermas de adsorción: Son representaciones gráficas de p/p versus el contenido de agua a

una misma temperatura constante. La cual nos puede brindar información que según
Fennema (2008) son:

1. En los procesos de deshidratación ya que con esta gráfica podemos ver que tan difícil
es eliminar agua.
2. Formulación de alimentos evitando la migración de humedad hacia otros ingredientes.
3. Determinar la permeabilidad requerida en el material envasado.
4. Saber el contenido de agua libre que favorece al crecimiento de microorganismos.
5. Predecir la estabilidad química y física de los alimentos, en función al contenido de
agua.

Complementando la definición de isoterma podríamos decir que representa la cinética con la

que absorbe la humedad del medio que la rodea y con la que se hidrata el alimento (Badui,
2006).

Figura 1: Isoterma de sorción

Fuente: Fennema 2008

Según Belitz (2009), la relación entre el contenido de agua y la actividad del agua está
indicada por la isoterma de sorción de un alimento. Con un contenido de agua bajo (<50%),
incluso cambios menores en este parámetro conducen a cambios importantes en la actividad
del agua. Por esa razón, la isoterma de sorción de un alimento con menor contenido de agua
se muestra con una ordenada expandida:

aw = P/P0 = ERH/100

P = presión de vapor parcial de la humedad de los alimentos a la temperatura T

P0 = presión de vapor de saturación de agua pura en T

ERH = humedad relativa de equilibrio

La figura 2 muestra que la isoterma de desorción, que indica el curso de un proceso de

secado, se encuentra ligeramente por encima de la isoterma de adsorción correspondiente al
almacenamiento de alimentos sensibles a la humedad. Como regla general, la posición del
bucle de histéresis cambia cuando la adsorción y desorción se repiten con la misma muestra.

Figura 2: Isoterma de absorción de humedad

Fuente: Belitz 2009

Monocapa Molecular: Para poder explicar lo que es la monocapa monomolecular
utilizaremos el gráfico de la figura 1, en este el agua presente en la Zona I de la isoterma es la
más fuertemente unida. Este agua se asocia con los grupos polares accesibles mediante
interacciones agua-ion o agua-dipolo, no congela a -40°C, carece de capacidad solvente y no
está presente en cantidad suficiente como para ejercer un efecto plastificante sobre el sólido.
Se comporta simplemente como parte integrante del sólido. El extremo más húmedo de la
Zona I (límite entre las Zonas I y II) corresponde al contenido de humedad de la «monocapa
BET» del alimento. El valor de la monocapa BET se aproxima a la cantidad de agua
necesaria para formar una monocapa sobre los grupos altamente polares y accesibles de la
materia seca. El agua de la Zona I constituye una fracción diminuta del agua total presente en
un alimento de alta humedad (Fennema, 2008).

El agua añadida en la Zona II ocupa los sitios de la primera capa que aún permanecen libres.
Este agua se asocia con las moléculas de agua vecinas y las moléculas de soluto
fundamentalmente por enlaces de hidrógeno, lo cual lo hace mucho más fácil de extraer ya
que es ligeramente menos móvil que el agua de la fase masiva y la mayoría no congela a
-40°C.

En la vecindad del límite de las Zonas II y III, el agua es suficiente para completar una
cubierta de hidratación de monocapa verdadera, en tomo a macromoléculas tales como las
proteínas globulares

Ecuación BET Y GAB: Las ecuaciones de BET y GAB predicen el contenido de humedad de
la monocapa (mo) y pueden ser consideradas como las más útiles para determinar las
condiciones óptimas de humedad y por consiguiente asegurar la estabilidad durante el
almacenamiento especialmente para alimentos secos.

Según Fennema (2000), la isoterma BET se obtiene igualando las velocidades de

condensación y evaporación en las diversas capas, supone que la energía característica de
adsorción del vapor corresponde a la primera capa.
Donde:

● a’w= Humedad relativa de cada sensor

● m’ = Valor de la cobertura monomolecular (cuando los sitios están cubiertos por una
molécula de agua)
● c = Constante energética, relacionada al calor de adsorción de la primera capa de agua
● M’ = Humedad en base seca al equilibrio (corregido)

Utilización de Isotermas en la Industria Alimentaria:

● Para poder entender cómo utilizaremos las isotermas de adsorción, Peralta (2004) nos
muestra en sus estudios como utilizar estas gráficas para poder conservar mejor
cereales en el transporte de estos. Con ayuda de los modelos BET y GAB pudo
estimar las condiciones en las que se conserva mejor la Kiwicha (Amaranthus
caudatus).
● La gráfica de isotermas también nos puede ayudar, gracias a los valores de monocapa
y humedad relativa, a calcular la estabilidad de un producto. Este es el caso de Viteri
(2010), que gracias a su estudio de la estabilidad de pulpa de mora liofilizada, nos
enseñó cómo utilizar las isotermas para poder preservar mejor los alimentos los cuales
la cantidad de agua libre es a tomar en cuenta en su preservación.
● Se puede emplear también para poder saber que tan impermeable es un empaque.
Coloma (2009) nos comenta que el valor de la permeabilidad será un dato muy útil
para la industria cafetera, ya que les permitirá realizar la selección del empaque más
adecuado. Para poder determinar esta permeabilidad se realizaron las isotermas de
adsorción para cada tipo de café, obteniéndose datos de la capacidad de adsorción de
humedad de los productos. Adicionalmente, se analizó el efecto del tipo de secado en
el comportamiento de las isotermas. Posteriormente, se determinó la humedad crítica
de los tres tipos de café o el rango de actividad de agua en donde el producto
mantiene buenas características organolépticas y microbiológicas.

Como se puede observar en estos ejemplo no solo se puede emplear las isotermas para
determinar la actividad de agua, sino cómo estos valores influyen en el comportamiento de
los alimentos y cómo nosotros podemos ayudar a preservarlo de manera adecuada.
 III. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1 Materiales

-Alimentos

-Cámara con temperatura regulable

-Desecadores con soluciones saturadas (cuadro 1)

-Placa petri

Tabla 1. Humedad relativa de diversas soluciones saturadas

3.2 Procedimiento

3.2.1 Isotermas de adsorción

-Pesar exactamente 2gde muestra en cada placa y colocarlas en los desecadores.

-Colocar los desecadores en cámaras a temperatura constante 25 ó 37°C.

-Después de 48 horas sacar las muestras y pesarlas.

-La humedad de equilibrio (M). Esta se determina conociendo la humedad inicial en base
seca y la cantidad de agua perdida o ganada durante 48 horas de la siguiente manera:

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙(𝑔) + 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎(𝑔)

𝑀= 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 (𝑔)
3.2.2 Determinación de la cobertura monomolecular

-Graficar el contenido de humedad versus la actividad de agua. De la curva obtenida

(isoterma de adsorción), encontrar la humedad de equilibrio (M) para las siguientes
,
actividades de agua: 0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6 (𝑎 𝑤).

𝑎´𝑤
𝑀´(1−𝑎´𝑤)

Donde:

(𝑎´𝑤)= actividad de agua

´
𝑀´ = humedad en equilibrio correspondiente a una actividad de agua.

-Graficar estos valores en función de la actividad de agua.

-Analizar de la recta y el valor de la cobertura monomolecular.

 IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1. Leche en polvo

Figura 3: Isoterma de adsorción de Leche en polvo

Desviación estándar 9.09756657

Coeficiente de variación 0.5627

Figura 4: Modelo BET de la muestra de leche en polvo

Desviación estándar 11.9317

Coeficiente de variación 0.8636

 Figura 5: Modelo GAB de la muestra de leche en polvo

Desviación estándar 5.4993

Coeficiente de variación 0.6078

4.2. Galleta

Figura 6: Isoterma de Adsorción de la muestra de galleta

 Desviación estándar 0.3287

Coeficiente de variación 0.6961

Figura 7: Modelo BET de la muestra de galleta.

Desviación estándar 3.2286

 Coeficiente de variación 0.9894

Figura 8: Modelo GAB de la muestra de galleta.

Desviación estándar 2.3428

Coeficiente de variación 0.7829

Tabla 2. Datos obtenidos de los modelos de B.E.T y G.A.B. en cada muestra.

Modelo B.E.T. Modelo G.A.B.

Muestra valor de Valor de

Constante monocapa Constante de Factor de monocapa
energética (c) (m') Guggenhein (C) correción (K) (mo)
Leche en
polvo 16.773 0.02 10.24 0.94 0.02
Galletas -35.188 0.06 1.11 -8.67 0.13

Respecto al análisis hecho a la muestra de leche en polvo, la curva de adsorción presenta un

crecimiento lento hasta una actividad de agua de 0.2. Este comportamiento podría
corresponder al agua ligada como monocapa. Sin embargo, según Gil et al. (2013), el
modelado con BET y GAB no dan cuenta de este fenómeno, ya que estos reproducen bien
curvas con forma sigmoidea que nacen desde coordenadas nulas, es decir, si bien dan una
buena predicción general, se adaptan mejor a isotermas de productos con baja proporción de
sólidos solubles, que no es el caso de la leche en polvo por la presencia de lactosa. Por este
motivo, la explicación podría buscarse, también, en algún cambio químico o físico que
experimentan los hidratos de carbono y/o proteínas que componen la muestra (posibilidad de
cristalización de la lactosa). Luego, aparece un marcado crecimiento de la pendiente de la
curva entre 0.64 y 1, que según Gil et al. (2016) corresponde a la formación de multicapas y/o
atrapamiento de agua dentro de las cadenas proteicas.

En los modelos de B.E.T. y G.A.B. realizados para la muestra de leche en polvo se

obtuvieron valores de R2 cercanos a la unidad, por lo que se puede decir que ambos describen
de manera adecuada los datos experimentales en el intervalo estudiado de aw.

Por otro lado, en los modelos de B.E.T. y G.A.B. realizados para la muestra de galletas, se
pudo observar una diferencia entre el valor de R2 en ambos modelos, siendo el de B.E.T. más
cercano a la unidad. Por lo que se puede decir que este describe de mejor manera los datos
experimentales. Debido a esto se consideró el valor de monocapa obtenido en el modelo de
B.E.T.

El valor de monocapa obtenido en el análisis de la muestra de leche en polvo fue de 0.02 g de

H2O/100 g y el de muestra de galleta fue de 0.06 g H2O/100 g, ambos a una temperatura de
20 °C. Estos deben corresponder al límite entre las zonas I y II de una isoterma de sorción de
humedad y se aproxima a la cantidad de agua necesaria para formar una monocapa sobre los
grupos altamente polares y accesibles de la materia seca (Becerra, 2016).

Según Badui (2006), las galletas tienen una actividad de agua de 0.35, por lo que no son
propensas a la proliferación microbiana. Sin embargo, en la investigación de la vida en
anaquel de galletas saladas realizada por Puma et al. (2018), se pudo observar que hubo una
variación en la actividad de agua de estas con relación a la temperatura de almacenamiento y,
según lo citado en su investigación, al ser un alimento de niveles bajos de actividad de agua,
la influencia de la temperatura es mayor a temperaturas superiores a 30 °C. Por lo que se
debe considerar este factor para evitar deterioro durante su almacenamiento.
Según Fennema (2008), la leche entera en polvo posee aproximadamente una actividad de
agua de 0.2, por lo que no hay proliferación microbiana. Sin embargo, según Gil et al. (2016),
en la leche entera la presencia de la fracción grasa no soluble sería la responsable de un
aumento de la disponibilidad de agua y en consecuencia de la actividad de agua. Por otro
lado, en la leche reducida en lactosa la presencia de los monosacáridos glucosa y galactosa,
que son considerablemente más solubles que la lactosa, se supone que son los responsables
de reducir significativamente la actividad de agua para igual contenido de humedad.

Según Badui (2006) la cinética de adsorción de los polvos es muy importante, ya que con
base en ella se diseña el empaque y se determinan las condiciones de almacenamiento;
aunque cada producto se hidrata de manera diferente, esto se puede modificar con la ayuda de
aditivos, o manipulando las condiciones de su procesamiento.

V. CONCLUSIONES

● La curva de adsorción presenta un crecimiento lento hasta una actividad de agua de

0.2, luego aparece un crecimiento de la pendiente de la curva entre 0.64 y 1,
correspondiente a la formación de multicapas.
● En los modelos de B.E.T. y G.A.B. para la muestra de leche en polvo se obtuvieron
valores de R2 cercanos a la unidad, por lo que describe que los datos experimentales
en el intervalo estudiado de aw son confiables.
● Los modelos de B.E.T. y G.A.B. realizados para las muestra de galletas, hay una
diferencia entre el valor de R2 en ambos modelos, de los cuales B.E.T. es el más
cercano a la unidad, por ello se toma como referencia.
● El valor de monocapa obtenido en el análisis de la muestra de leche en polvo fue de
0.02 g de H2O/100 g y el de muestra de galleta fue de 0.06 g H2O/100 g.
 VI. BIBLIOGRAFÍA

● Badui, S. (2006). Química de los alimentos. Pearson Educación de México, S.A. de

C.V. México.
● Becerra, E. (2016). Agua y actividad de agua. Tesis, Universidad Nacional de San
Agustín. Recuperado de
http://repositorio.unsa.edu.pe/bitstream/handle/UNSA/3291/IAbecue03.pdf?sequence=
1&isAllowed=y
● Belitz, H. (2009). Food Chemistry. 4th edition.
● Coloma, J. (2009). Determinación de la permeabilidad máxima de vapor de agua para
empaque de café industrializado. Consultado de:
dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/2329
● Fennema, O. (2008). Química de Alimentos. Editorial Zaragoza. Tercera Edición.
España. pp.
● Gil, J. et al. (2013). Isotermas de adsorción y desorción de agua en leche descremada en
polvo. Avances en Ciencias e Ingeniería, 4(1): 51-59. Consultado de:
https://www.redalyc.org/pdf/3236/323627689005.pdf
● Gil, J. et al. (2016). Influencia de la composición de la leche en polvo sobre la actividad
de agua aplicando el modelo de GAB. Avances en Ciencias e Ingeniería, 7(1): 41-47.
Consultado de: https://www.redalyc.org/pdf/3236/323644962005.pdf
● Peralta, D. et al. (2004). Condiciones de Almacenamiento de dos Variedades de
 Kiwicha (Amaranthus caudatus) a través de modelos matemáticos de isotermas de
adsorción. Consultado de: https://d1wqtxts1xzle7.cloudfront.net/
● Puma, G. et al. (2018). Vida en anaquel de galletas saladas utilizando pruebas
aceleradas. Anales Científicos, 79 (1): 218 - 225. DOI:
http://dx.doi.org/10.21704/ac.v79i1.1166
● Viteri, P. (2010). Estudio de la estabilidad de la pulpa de mora sometida a un proceso de
Liofilización. Consultado de: https://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/2329

VII. ANEXO

Comentando acerca del video de papa deshidratada, se puede ver que utilizan los valores de
actividad de agua (aw) como parámetro de calidad del producto. Sabemos que la actividad de
agua va de 0.0-1, en el video nos mencionan que el rango en el que microorganismos pueden
desarrollarse en la papa deshidratada es de 0.9-1. Esto quiere decir que al momento de medir
la aw del puré deshidratado, si el valor sale menor a ese rango, se podría decir que en ese
alimento no crecerán microorganismos. Nos brindan también que valores de aw que estén
cerca a 0.4 serán condiciones correctas para que crezcan mohos, entonces debemos tener
cuidado con eso.

Lo que más se puede resaltar no solo del video, sino también de la investigación del presente
informe, es que utilizan mucho la actividad de agua como parámetro de control, ya sea para
alimentos o para empaques que los contengan.