UNIDAD I:AGUA

QUÍMICA DE QUÍMICA DE ALIMENTOS ALIMENTOS

Importancia del AguaEn el ser humano

El agua es el componente principal e imprescindible del cuerpo humano.

Tenemos un 75 % de agua al nacer y cerca del 60 % en la edad adulta.

Aproximadamente el 60 % de este agua se encuentra en el interior de las células (agua intracelular).

El resto (agua extracelular) es la que circula en la sangre y baña los tejidos.

Importancia del AguaEn el planeta

Es la sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres fases y es el componente mayoritario de los seres vivos, entre el 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas es agua.

El agua fue el soporte donde surgió la vida. Posee una manifiesta reaccionabilidad y propiedades físicas y químicas extraordinarias que van a ser responsables de su importancia biológica.

No tiene valor energético Transporte Posee funciones biológicas disolvente Todos los alimentos contienen agua

Importancia del AguaEn los alimentos

Estructura del agua

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes.

•La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces H-O-H aproximadamente de 104'5, además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

El agua: una molécula polar La molécula de agua

aunque tiene una carga total neutra presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar.

Por eso la molécula de aguase comporta como un dipolo

Puentes de hidrógeno

Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno.

La estructura reticular del agua Aunque son uniones

débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua una estructura de tipo reticular.

FISICAS

Es incolora, Es inodora, Es insípida Tiene un cierto color azul cuando se concentra en grandes

masas. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio) el punto de

fusión del agua pura es de 0ºC y el punto de ebullición es de 100ºC

cristaliza en el sistema hexagonal se expande al congelarse, es decir aumenta de volumen, de ahí

que la densidad del hielo sea menor que la del agua. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de

4ºC,que es de 1g/cc. calor específico de 1 cal/g Sus calores  latentes de vaporización y de fusión (540 y 80 cal/g,

respectivamente)

QUIMICAS

Es un solvente universal

No posee propiedades ácidas ni básicas

Se combina con ciertas sales para formar hidratos

Reacciona con los óxidos de metales formando ácidos

Actúa como catalizador en muchas reacciones químicas

Elevada fuerza de cohesión Los puentes de hidrógeno mantienen las

moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.

Gran calor específico. Esta propiedad está en relación con los

puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de calor que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente.

Esto es muy importante para cálculos de enfriamiento, pasteurización, cocción, etc. de alimentos.

Elevado calor de vaporización. También los puentes de hidrógeno son los

responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua , primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa.

Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C y presión de 1 atmósfera.

Tensión superficial Es la cantidad de energía necesaria para

aumentar su superficie por unidad de área.

Esto implica que el líquido presenta una resistencia para aumentar su superficie.

Debido a los enlaces de hidrógeno la tensión superficial del agua es mayor que la de muchos otros líquidos.

Punto triple El punto triple del agua es la temperatura

donde coexisten en equilibrio la fase sólida (hielo), líquida y gaseosa (vapor de agua).

Este equivale a 273,16ºK de temperatura absoluta y 4.58 mm de Hg de presión.

Las moléculas de agua en los 3 estados

Cambios de fase El rompimiento de los enlaces por puente

de hidrógeno determinan el estado de agregación del agua. En el hielo aproximadamente el 100% de las moléculas de agua están unidas por puente de hidrógeno, 50% en el agua líquida y 0% en el vapor.

SustanciaPunto de

fusión (ºC)Calor latente fusión (kJ/kg)

Punto de ebullición (ºC)

Calor lat. vaporización

(kJ/kg)

Helio -268,9 21

Nitrógeno -209,9 25,5 -195,8 201

Alcohol etílico

-114 104 78 854

Mercurio -39 11,8 357 272

Agua 0 333 100 2255

Plata 96 88,3 2193 2335

Plomo 327 24,5 1620 912

Oro 1063 64,4 2660 1580

Conductividad térmica La conductividad térmica del agua

(capacidad para conducir calor) supera a la de todas las otras sustancias liquidas naturales, exceptuando el mercurio. Esto se debe a los puentes de hidrógeno. Sin embargo, es baja respecto a metales u otras sustancias como el H2S.

Tabla de Conductividad Térmica ()

Material [W/m.K

Acero AguaAireAlcoholBronceCincCobreEstañoMaderaMercurioOroParafinaPlataVidrio

47-580,580,020,16

116-186106-140

372,1-385,264,00,1383,7308,20,21

406,1-418,70,6-1,0

PROPIEDADES

DISOLVENTES DEL AGUA

Sustancias polares y no polares

La polaridad determina si una sustancia es soluble en agua.

Una sustancia polar es una sustancia que tiene dos clases de polos, como un imán.

Cuando otra sustancia es también polar los dos polos de las sustancias se atraen y las sustancias se mezclan.

Las sustancias que no contienen ningún polo se llaman substancias no polares y no son solubles en agua.

Solvatación El agua es el líquido que más sustancias

disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno.

En el caso de las disoluciones iónicas los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

Disoluciones

Es precisamente esta polaridad que presenta el agua líquida, la que le permite disolver muchos compuestos, es decir la formación de una mezcla homogénea entre la sustancia que se disuelve, soluto, y el agua que la disuelve, disolvente.

La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo.

Las interacciones hidrofóbicas ocurren cuando una sustancia carece de polaridad y las fuerzas de unión son muy débiles con el agua.

La presencia de solutos de los tipos iónico, no iónico y apolar causa cambios muy importantes en la estructura del agua que se reflejan en sus propiedades físicas (las llamadas propiedades coligativas)

Como son la depresión de la T de congelamiento y el aumento de la T de ebullición, la reducción de la presión de vapor, modificación de la presión osmótica, etc.

“Una mol de una sustancia disuelta en 1000g de agua produce una reducción de 1.86ºC en la temperatura de congelamiento y un incremento de 0.4ºC en la T de ebullición”

Ejemplo: medir la depresión de la T de congelamiento se usa como control de calidad en la industria de la leche.

DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS

Todos los alimentos, cualquiera que sea el método de industrialización a que hayan sido sometidos, contienen agua en mayor o menor proporción.

Agua libre y ligada El agua libre se encuentra absorbida en

los tejidos animales y vegetales, y se remueve muy fácilmente. Permite las reacciones químicas y bioquímicas.

El agua ligada está combinada con macromoléculas como proteínas y carbohidratos formando una monocapa (BET) y es difícil de remover unida a grupos moleculares fuertemente polarizados como los hidroxilos.

Actividad de agua en los alimentos: Aw

La actividad de agua (aw) de un producto (alimento, ingrediente o aditivo) es el parámetro que mide el estado energético del agua, o dicho de forma equivalente, es la fracción del contenido de humedad total que está en forma libre (no unida o coordinada a radicales hidrófilos).

Actividad de agua en los alimentos: AwEl agua puede afectar la reactividad química a

través de distintos mecanismos, actuando como solvente, reactivo, o afectando a la movilidad de los reactivos debido a su influencia sobre la viscosidad del sistema.

La aw tiene influencia sobre la oxidación de las grasas, el oscurecimiento no enzimático, la degradación de vitaminas, las reacciones enzimáticas, la desnaturalización de proteínas, y la temperatura de gelatinización y retrogradación de almidones.

Actividad de agua en los alimentos: Aw

Actividad de agua en los alimentos: AwNormalmente, el valor de la aw en un

producto alimentario condiciona los procesos de alteración relacionados con el desarrollo de microorganismos, la inestabilidad química y enzimática, las propiedades físicas y la absorción de humedad ambiental (Isotermas).

Isoterma de adsorción La isoterma de un producto representa la cinética

con la que absorbe la humedad del medio que lo rodea y con la que se hidrata

Isoterma de desorción

Equivale al proceso de deshidratación

Isotermas

Importancia de las isotermasCon ellas se puede estructurar:

Sistemas de almacenamiento Sistemas de secado Sistemas de rehidratación Determinar la estabilidad de varios

alimentos.

Determinación de isotermas Gravimetricamente (en cámaras cerradas

en cuyo interior se generan atmósferas con una humedad relativa conocida y estable)

Con un higrómetro Métodos teóricos: ecuación de Clausius

Clapeyron y otras

Alimentos de humedad intermedia No necesitan rehidratarse para su

consumo, ni refrigerarse para su conservación

Tienen una Aw de 0.65 a 0.90 Tienen un contenido de agua de 25 a 50%

en base húmeda

Alimentos de humedad intermedia En su elaboración se emplean

conservadores químicos (sorbatos y benzoatos), por su valor de Aw

Los métodos para su elaboración se basan en la adsorción y desorción

Se le adicionan solutos como azucares, sales, polialcoholes y ácidos

Alimentos de humedad intermediaPara su elaboración hay que (en resumen)

Disminuir la Aw Añadir agentes antimicrobianos Adicionar otros agentes químicos para

proporcionar estabilidad y la calidad sensorial deseadas

Fuentes consultadas Fennema, O. Química de Alimentos Badui, S.D. Química de los Alimentos Cheftel y Cheftel. Introducción a la bioquímica y tecnología

de los alimentos. Vol. 1.

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capacidadfases.htmcapacidadfases.htm http://platea.pntic.mec.es/iali/personal/agua/agua/http://platea.pntic.mec.es/iali/personal/agua/agua/

propieda.htmpropieda.htm