Tema 1 - El Agua en Los Alimentos

 

1.1 Introducción y estructura

El agua es el elemento mayoritario de los seres vivos (60-70% del peso del organismo). Tradicionalmente no se ha considerado como nutriente por: valor energético    No tiene un valor cambios químicos durante su utilización biológica. biológica.    No sufre cambios Actualmente es considerado como un macronutriente esencial al igual que los hidratos de carbono, lípidos o proteínas. El agua se relaciona con importantes funciones biológicas relacionadas relacionadas con:   Su capacidad para transportar sustancias a través del cuerpo como nutrientes (sangre) y productos de excreción (orina).   Su capacidad para disolver sustancias o mantenerlas en suspensión (digestión y síntesis de hormonas).   Medio en el que se producen reacciones bioquímicas. El organismo humano precisa alrededor de 2500 ml/día de agua de los cuales:   1300 ml. Ingesta de líquidos.   1000ml. Alimentos sólidos.   200ml. Oxidación de otros nutrientes en el organismo (como la degradación de hidratos de carbono) C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O El contenido de agua o humedad (%) en los alimentos es muy variada.

Tipos de alimentos

Porcentaje de humedad (%)

Alimentos de origen vegetal (verduras, hortalizas y frutas) Alimentos de origen animal (carnes, pescados y huevos) Alimentos derivados o modificados (embutidos y quesos) Legumbres, harina, arroz, pastas y galletas

Entre 80 y 95% Entre 60 y 80% Entre 30 y 35% Entre 5 y 12%

Todos los alimentos contienen agua (incluso deshidratados). Es importante conocer las propiedades físico-químicas porque:   El agua hace los alimentos mas o menos perecederos (microorganismos)   El agua influye en los métodos utilizados para la conservaciónn de alimentos. conservació Las interacciones físicas de proteínas, lípidos, polisacáridos y sales con el agua contribuye de forma importante a la textura de los alimentos (características organolépticas). El contenido acuoso está relacionado con el grado de maduración de un producto vegetal y puede utilizarse como criterio de calidad para juzgar su textura. 



1.1 Propiedades   La diferencia de densidad del hielo a 0ºC (0,91 g/cm 3) y del agua (0,999 g/cm 3) se debe al empaquetamiento mas compacto que las moléculas alcanzan en el agua líquida. El agua aumenta su

volumen un 9% cuando se congela. La expansión durante la congelación es parcialmente responsable de los efectos destructivos que la congelación y descongelación descongelación tienen sobre la estructura de frutas blandas (fresas). dieléctrica=disolvente universal. La capacidad del agua como disolvente es la responsable de   Constante dieléctrica=disolvente que sea el medio donde ocurren las l as reacciones metabólicas. El agua puede disolver sustancias no ióni iónicas, cas,  pero con carácter carácter polar. (azúcares, (azúcares, alcoholes, aldehídos, cetonas, cetonas, aminoácidos).   El agua actúa como medio dispersante para moléculas anfipáticas (como los lípidos). Los lípidos polares en disolución acuosa diluida se dispersan formando micelas.

 

  Geles:  cuando la concentración de agua es baja en comparación con la de soluto, las sustancias no se disuelven, solo se hidrata y se forman  fluidos muy viscosos o incluso geles, en las que el agua queda

retenida por puentes de hidrógeno en una red tridimensional. Los geles son sistema creados por una red continua de macromoléculas (almidón, gelatina…) interconectadas y entrelazadas en una estructura tridimensional en la que queda atrapada la fase continua del agua. Efecto de los solutos en el agua La presencia de solutos en el agua causa cambios importantes en la estructura de esta (interrumpen y alteran la estructura tridimensional del agua) que se reflejan en sus propiedades coligativas en:    Pto. de ebullición    PV    Modificación de la presión osmótica    Ta de congelación 

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Las propiedades coligativas solo dependen de la [soluto] y no de la naturaleza de sus moléculas. La  Ta de congelación y el  Ta de ebullición del agua es directamente proporcional a la concentración del soluto. La reducción en la temperatura de congelación se utiliza como control de calidad en la industria láctea y para detectar adulteraciones.   En el diagrama de fases del agua nos indica el cambio de fases en función de P y Tª. Estas conversiones se utilizan para eliminar el agua en los alimentos y favorecer f avorecer su conservación. conservación. Secado Proceso mas tradicional para la deshidratación de alimentos. El agua se elimina por evaporación mediante el calentamiento del producto. Debido al alto calor de vaporización del agua en este proceso se requiere una gran cantidad de energía lo que provoca la modificación de la estructura de macromoléculas (lo HC se deterioran y pierden su capacidad de hidratación, por esto muchos productos secados no son muy solubles y requieren de agua caliente. Liofilización 

sublimación . Se congela el producto, se le aplica una reducción de la En este proceso el agua se elimina  presión por debajo del punto triple t riplepor y finalmente f inalmente la aplicación de una pequeña cantidad de calor ( 1 micra). Lleva en disolución pequeñas cantidades de moléculas de bajo peso molecular. No se requiere mucha presión para expulsarla.   Se congela fácilmente.   Disponible para reacciones.   Se elimina por deshidratación. deshidratación.   Responsable de alteración de alimentos. Las características físicas del alimento (estructura) y las características químicas (composición) DEPENDEN del tipo de agua. Sandía I, II y III 



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Pastas  I y II. 1.3 de agua  Actividad

Agua: Factor que mas influye en la

alterabilidad de la calidad de alimentos, sin embargo, existe una relación imperfecta entre el contenido en agua de un alimento (humedad) y su vida útil. La humedad o cantidad de agua de un alimento:    No es un fiel indicativo indicativo del deterioro que van van a sufrir los alimentos.   Los alimentos con el mismo contenido en agua se alteran de distinta forma. (surge el concepto a w). Actividad de agua Indica la intensidad de las fuerzas que unen el agua presente en un alimento con los otros componentes y 



estima el grado de alteración del agua con otros componentes.   aw es la medida de disponibilidad del agua en el alimento para:

  El crecimiento de microorganismos.   Que se puedan llevar a cabo reacciones químicas y enzimáticas.

 

  w  EXAMEN  utiliza para (la predecir la estabilidad los alimentos awa  se estabilidad también de depende de variables como  pH, oxígeno, luz, etc.)  estabilidad

 =  

1.Cálculo de actividad de agua

P: presión de vapor de un alimento a Tª

PO: presión de vapor de agua pura a Tª

La presión de vapor depende de:   La Tª.   La cantidad de agua presente en el di cho alimento (composición).   La concentración de solutos en el agua de dicho Los componentes o constituyentes químicos presentes en los alimentos: alimentos:

alimento.

  Inmovilizan parcialmente el agua.   Disminuyen su capacidad de vaporización y reactividad química.

 

El agua en los alimentos siempre será: a w < 1 Ma: moles de agua (g/18)

 = (+ ) 

Ms: moles de soluto disuelto en agua (g/Pm)

 

La aw  está relacionada con la humedad relativa del aire que está en contacto con el alimento a una Tª determinada. La aw depende de la temperatura y la composición.

Valor estándar calculado a:  25ºC



↑ª=↑ {    ª   >      

 > 0ºC {La composición del alimento influye mucho en la a w y la



Tª influye poco.  < 0ºC {La composición del alimento influye muy poco en la aw y la Tª influye mucho (hay que tener en cuenta que a Tª 

(congelación) influyen por siquímicas solas en la viabilidad de los microorganismos y reacciones y enzimáticas. Por debajo de 0ºC la disminución de la aw es mas drástica.

En alimentos congelados el valor de aw  es peor indicativo de alterabilidad. Métodos para determinar la aw de un alimento La aw se puede determinar con un Higrómetro   La muestra se coloca en una cámara cerrada.   Humedad relativa del aire (HRE) que rodea al alimento se mide.   La aw es adimensional y no puede tomar valores negativos, solo entre 0 y 1.

1 Representac  Representación ión

esquemática de la relación de esquemática de actividad de agua y temperatura.

1.4 Isotermas de sorción de agua

Gráficas que relacionan el contenido de agua de un alimento (humedad) con su a w  en el equilibrio a temperatura constante.   Se determinan experimentalmente.   Son propias de cada grupo de alimentos.   Generalmente tiene forma sigmoidal.   Tienen una gran importancia en tecnología alimentaria porque se tiene en cuenta a la hora de la conservación de alimentos.   Sandía: aw=0,98 (agua tipo I, II Y III)   Galletas: aw=0,60 (agua tipo I y II)   Azúcar: aw=0,10 (agua tipo I [agua necesaria para la cristalización de las moléculas de sacarosa.]) Las gráficas de adsorción y desecación no se superponen sino que se crea un ciclo de histéresis. Ciclo de histéresis: Para una misma humedad, la a w  del alimento será diferente según se esté considerando la hidratación o deshidratación. Al aumentar la porosidad del alimento= ciclo de histéresis Zona A: agua tipo I, fuertemente ligada o de combinación   (cantidad muy pequeña del agua total del alimento). awaw1) bastante superior, que implica graves inconvenientes porque significa mayor facilidad de alteración. Las proteínas desnaturalizadas reducen su capacidad de retención de agua una vez han sufrido fenómenos de desorción.  Aplicaciones de isotermas en tecnología de los alimentos

l os alimentos frente a distintos procesos de alteración .   Permiten evaluar la estabilidad de los   Permiten prever la estabilidad de un alimento   almacenado  con un determinado grado de

humedad.   Permiten mejorar los procesos de conservación  basados en la reducción del contenido en agua (estimar grado de deshidratación para una máxima estabilidad.)   Permiten valorar los cambios en la actividad de agua de un alimento envasado en función de la temperatura.

1.5 Actividad de agua y reacciones o tipo de alteración en los alimentos

La velocidad de crecimiento de los microorganismos y de las reacciones químicas y enzimaticas que alteran los alimentos dependen de la aw.

  La aw tiene gran influencia en el crecimiento de microorganismos.    patógenas como como la Salmonella y   Las bacterias  pueden vivir en alimentos con una a w entre 0,8 y 1. ( patógenas

Clostridium aw 0,95.) Si se elimina el agua tipo III de un alimento no crecerán las bacterias. con aw entre 0,6 y 0,8.   Las levaduras y los hongos pueden vivir con

  La velocidad de las reacciones enzimáticas y no enzimáticas que tienen lugar en un alimento está

en función de la cantidad de agua disponible.   Se favorecen con el aumento de la aw puesto que el agua propicia ka movilidad del sustrato y de los productos y participa en las transformaciones hidrolíticas.   Las enzimas adquieren su actividad catalítica cuando establecen una estructura terciaria gracias a la influenciaeldelagua aguatipo como II sedisolvente. puede evitar este tipo de alteraciones.   Eliminando Muchos métodos de conservación se basan en la reducción de a w    Para aumentar el tiempo de conservación del alimento. 

 

organolépticas. s.    Mantener el máximo valor nutricional y propiedades organoléptica Principales métodos de conservación   (deshidratación).    Eliminación de agua por secado (deshidratación).    Aislamiento del agua por formación de hielo ya que el agua en estado sólido no va a poder ser utilizada por las bacterias aw (congelación).  (congelación).   etc)    Fijación del agua por adición de solutos, (cloruro sódico, azúcares, etc)  Alimentos de humedad intermedia (IMF)     Presentan un porcentaje con un contenido en agua entre 25-50% y a w=0,65-0,86.  por el el crecimiento de bacterias pero si hongos y levaduras.    No se alteran por   Pueden consumirse tal cual sin necesidad de rehidratarlos para su consumo y de mantenerlos en frio.   Preparación de alimentos de humedad intermedia (IMF)  1.  Reducir aw: secado y/o adición de solutos de bajo peso molecular, se conocen como humectantes  (sacarosa, lactosa, etc.) 2.  Adición de conservantes (sorbatos y benzoatos). 3.  Adición de otros agentes químicos para proporcionar estabilidad y calidad sensorial adecuadas. Humectantes: sustancias que tienen afinidad por el H 2O por lo que evitan que los alimentos se resequen (problema: sabor fuerte)   Azúcares. (glucosa, sacarosa, etc).   Sales. (cloruro sódico, potasio, etc).   Alcoholes. (sorbitol, glicerina, manitol, etc).   Ácidos. (fosfórico, cítrico, ascórbico, etc). Los productos de panadería/bollería son productos de actividad de agua intermedia las bacterias no crecen  pero si mohos, (el (el azúcar es un conservante).

1.6 Generalidades sobre la determinación de humedad en los alimentos. ¿Por qué es importante la l a determinación de humedad en alimentos?   La humedad debe mantenerse dentro de los límites establecidos por la ley.   Útil para el control de calidad de los alimentos: ADULTERACIONES.    Necesaria para para expresar la composición composición de los alimentos alimentos sobre materia seca. Determinación de humedad    Difícil: el agua se encuentra formando enlaces físiscos y químicos.   Pobre correlación entre los resultados obtenidos con diversos métodos.   Método depende de características físicas y químicas del alimento. 

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

RESUMEN

 

EJERCICIOS TEMA 1: EXAMEN

1.  a)   b)  c) 

¿Qué cantidad de agua se produce por el consumo de 1g de glucosa? 0,6g 1g 1,7g 18  1      1   2   18  1    1   2.  Según el contenido en agua los alimentos se pueden clasificar en estables, semiestables o inestables ¿En cual de estas categorías situarías el pan? a)  Estable (60%) 3.  La adición de moléculas anfipáticas es una forma de estabilizar emulsiones. a)  Yogur  b)  Mayonesa c)   Natilla 4.  a)   b)  c) 

             {ó ℎ ( í  í) ó   ℎ

Otra forma de adulterar la leche es añadiendo agua (“aguado”), ¿Qué punto de ebullición tendrá?  

100,17ºC 100,37ºC 100,07ºC {Al añadirle agua, el punto de ebullición se acerca mas al del agua que al de la leche.

5.  Para el agua pura el valor de actividad de agua es: a)  1 ya que P=P0 (Si los alimentos fueran solo mezclas de agua con otras sustancias inertes que no interaccionan en modo alguno con las molécilas de agua, la a w en los alimentos sería siempre menor que 1. aw < 1  b)  < 1 c)  > 1 6.  Indica si la siguiente afirmación es Verdadero o Falso: La velocidad de todos los procesos de alteración de los alimentos aumenta de forma directamente proporcional con la aw. FALSO Hay dos excepciones: Oxidación lipídica: que presenta un mínimo de valores de 0,3. Parcelamiento enzimático: que representa un máximo de 0,6. 7.  ¿A cuál de estos valores de a w es mas estable en un alimento?  a)  0,95   b)  0,3 (para la gráfica) hay que ver donde la oxidación lipídica es la misma.   

c) 0,1 (sería correcta sino tuviéramos ninguna gráfica.