BIOMUNDO

ISOTERMAS DE ADSORCIÓN 

INTRODUCCIÓN

El agua contenida en los alimentos juega un papel fundamental en diversos aspectos relacionados con la industria alimentaria y el campo del desarrollo e investigación en alimentos. 

entonces; ¿Que relación tiene con  adsorción? . se considera un proceso por el cual los átomos en la superficie de un sólido, atraen y retienen moléculas de otros compuestos . Las operaciones de adsorción son utilizadas en la obtención de varios tipos de productos biotecnológicos como aminoácidos, antibióticos, vitaminas y proteínas ya que  representa la cinética con la que un alimento adsorbe humedad y se hidrata, también conocidos como isotermas de adsorción 

IMPORTANCIA DE LOS ISOTERMAS DURANTE EL PROCESAMIENTO DE LOS ALIMENTOS

El conocimiento de las isotermas de adsorción de alimentos es de gran importancia para el desarrollo en la industria alimenticia, ya que brindan información útil para la optimización del proceso de secado y el diseño de secaderos, la selección del material de empaquetamiento, la predicción de la vida útil del producto y de la evolución en el contenido de humedad durante el almacenamiento. 

¿Como podemos identificarlos y que relación tienen con los alimentos ?

La relación entre la cantidad de sustancia adsorbida por un adsorbente y la presión o concentración de equilibrio a una temperatura constante se denomina isoterma de adsorción

Los experimentos sobre adsorción, que con mas frecuencia se realizan, consisten en la medida de la relación entre la cantidad de gas o liquido adsorbido, sobre una determinada cantidad de adsorbente.

La calidad nutricional del alimento está en relación inversa a la cantidad de agua, las propiedades funcionales como textura, viscosidad, turbidez, así como las capacidades de hidratación, de emulsificación y de formación de espuma de las proteínas, son consecuencia de la interacción con los componentes del alimento y del estado físico del agua presente (Badui, 2006).




Es importante conocerla ya que refleja el comportamiento de los deshidratados almacenados en atmósferas húmedas (higroscopicidad). De manera semejante, la de desorción equivale al proceso de deshidratación y refleja la forma como pierde agua. Con base en ambas curvas se diseñan los sistemas de almacenamiento, de secado, de rehidratación, etcétera, además de que ayudan a predecir la estabilidad de los alimentos almacenados en distintas condiciones.

Isotermas de adsorción : En el caso de los líquidos, la adsorción de una sustancia en la interfase se estudia a través de la variación de la tensión superficial con la concentración de tensioactivo:

 dg = -G2(1)dm2

En el caso de los sólidos la tensión superficial no es una magnitud fácilmente determinable. Resulta mucho más sencillo medir directamente la cantidad de gas adsorbido a una temperatura dada en función de la presión P del gas en equilibrio con el sólido.

¿Cómo se realiza esta medida experimentalmente?

 Por lo dicho al principio del tema la superficie del sólido debe encontrarse inicialmente limpia, para lo que se calienta el sólido en alto vacío. Alternativamente puede evaporarse y recondensar el sólido en alto vacío, bombardear la superficie con iones o romper el cristal sólido en el vacío generando así una superficie limpia. El sólido se introduce entonces en un recipiente con una cantidad conocida de gas (a través de la presión por ejemplo) y se deja que se alcance el equilibrio (Morrison, 1998).

¿Cómo conocer la cantidad adsorbida?

–Por la diferencia de presión del gas en ausencia o presencia de la superficie

 - por gravimetría

- Desorción en flash: se calienta rápidamente la superficie, desorbiendo el gas y midiendo el aumento de la presión

- Mediante trazadores radiactivos

- Métodos de flujo: se hace circular un gas y se determina la diferencia entre lo que entra y lo que sale.

Repitiendo el experimento a distintas presiones se obtienen datos de cantidad de gas adsorbido frente a la presión en equilibrio a una temperatura dada. Estos datos de cantidad de gas adsorbido frente a la presión de gas que queda en equilibrio tomados a una misma temperatura constituyen la Isoterma de adsorción. En las isotermas de adsorción de sólido se representa la presión de gas en equilibrio (P) en el eje X, mientras que en el eje Y se representa la cantidad adsorbida. Esta magnitud puede darse de diferentes formas

*Volumen de gas adsorbido/gramos de adsorbente (v), que es proporcional a la cantidad anterior
*El volumen que ocuparía el gas adsorbido si estuviese en condiciones normales T=273,15 K, P= 1 atm (Badui, 2006).

Con muy pocas excepciones las isotermas experimentales pueden clasificarse en cinco tipos de acuerdo con S. Brunauer

isotermas se detienen cuando se llega a la presión de vapor (P* en la figura). A esta presión, cualquier pequeño aumento en la cantidad de gas produciría su condensación, aumentando entonces verticalmente la cantidad de gas “adsorbida” sobre el sólido (la presión en equilibrio sería siempre igual).

Tipo I: denominado isoterma de Langmuir, corresponde a una adsorción en monocapa. La cantidad adsorbida aumenta con P hasta alcanzar un valor límite correspondiente al recubrimiento de la superficie por una monocapa. Es la isoterma característica de un proceso únicamente de quimisorción.

 Tipo II: es indicativo de una adsorción física en multicapa. El rápido ascenso inicial corresponde a la formación de la primera capa, que tiene en este caso una constante de formación mayor que para el resto de capas (la entalpía de formación de la primera capa es más negativa que para el resto de capas). Al seguir aumentando la presión se forma la segunda capa de moléculas adsorbidas, seguida de otras más. 

Tipo III: corresponde también a una adsorción física en multicapas pero donde la constante de equilibrio de formación de la primera capa es igual que para las siguientes (no se observa diferencia entre el llenado de la primera capa y del resto). 

Tipos IV y V: corresponde a adsorción en multicapas sobre materiales porosos.

 Difieren del Tipo II y III por la presencia de una rama horizontal (saturación) y un ciclo de histéresis (las curvas de adsorción y desorción difieren). El ciclo de histéresis es debido a la condensación por la forma irregular de los capilares. Supongamos un capilar según la figura siguiente con un diámetro variable.

Actividad de agua

                                    Las isotermas tienen generalmente forma sigmoidea

Y se pueden distinguir 3 zonas poco delimitadas que indican la forma en que el agua se encuentra ligada a los alimentos:

1. Monocapa, de agua fuertemente ligada.

2. Multicapa, de agua absorbida químicamente.

3. Solución, capilar-móvil.

El fenómeno de adsorción, debe considerar la distribución del adsorbato entre dos fases: la superficie de adsorción (adsorbente) y la otra fase que pude ser líquida o gaseosa, de modo que para las composiciones de las fases en el equilibrio de adsorción, se cumple la igualdad de potenciales químicos en ambas fases:

moles adsorbidos/gramos de adsorbente (n/m) (Baltes, 2007).

ARTICULO:

http://www.scielo.org.mx/pdf/rsqm/v48n3/v48n3a3.pdf

VIDEO:

https://www.youtube.com/watch?v=lHMf1W4qsCg

CONCLUSIÓN 

·         En conclusión el agua es uno de los factores importantes que relaciona a todo el proceso (isotermas de adsorción) ,en este caso , se presenta en los alimentos en diferentes proporciones , conlleva a tener una gran variabilidad y manejo de control ,calidad y seguridad en la industria alimentaria , dado que  difieren variables que son dependientes de la temperatura enfocándose en determinar la cantidad de humedad que presenta un alimento ,basándose en la relatividad  y a la temperatura que es almacenado dicho producto, es decir que entre mayor sea su temperatura menor sera el contenido de agua ,o viceversa  ,a mayor temperatura ,mayor será la actividad de agua .

 GLOSARIO

Absorción: operación unitaria que consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma solución 

Adsorbato: Sustancia que se pega (adsorbe) en la superficie.

Adsorbente: Superficie sobre la que sucede la adsorción.

Adsorción: tendencia de un componente del sistema a concentrarse en la interfase, donde la composición interfacial es diferente a las composiciones correspondientes al seno de las fases.

Concentración:  solución es la proporción o relación que hay entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolución o de disolvente, donde el soluto es la sustancia que se disuelve, el disolvente es la sustancia que disuelve al soluto, y la disolución es el resultado de la mezcla.

Energía: Capacidad que tiene la materia de producir trabajo en forma de movimiento, luz, calor, etc.

Fase: cada una de las zonas macroscópicas del espacio de una composición química, y sus propiedades físicas homogéneas, que forman un sistema.

Fenómeno: cambios que se presentan en la materia sin alterar su constitución

Interfase: región del sistema material cuyas propiedades fisicoquímicas se modifican.

Isoterma: curva que une los vértices, en un plano cartográfico, que presentan las mismas temperaturas en la unidad de tiempo considerada

Liquido: Sustancia cuyas partículas presentan mayor movilidad que los sólidos y menor que los gases, y no presentan una forma propia determinada

Monocapa: una sola capa de átomos o moléculas estrechamente empaquetados

Penetración: acto de introducir un elemento dentro de otro elemento

Porosidad: fracción de huecos es una medida de espacios vacíos en un material, y es una fracción del volumen de huecos sobre el volumen total

Retención de una sustancia por otra cuando están en contacto; incluye las operaciones de absorción, adsorción, intercambio iónico y diálisis.

Sorciòn: es el proceso mediante el cual un sólido poroso (a nivel microscópico) es capaz de retener partículas de un fluido en su superficie tras entrar en contacto con èste.

Referencias Bibliográficas

• J. Bertrán y J. Núñez (coords), “Química Física II”, temas 55 y 56. Ariel Ciencia. 1ª edición. 2. M. Díaz Peña y A. Roig Muntaner, “Química Física”, tema 30. Alambra, 1972. 3. P.W. Atkins “Química Física”, tema 28. Ediciones Omega, 6ª edición.
• Badui D. S. Química de los alimentos. 4ta edición. Editorial Pearson. 2006.
• Baltes W. Química de los alimentos. 5ta edición. Editorial Acribia. 2007. 
• Morrison y Boyd. Química Orgánica. 5ta edición. Editorial Pearson. 1998.

INTEGRANTES:

-Carballo Paz Diana Laura
-Galaviz Guzmàn Paulina Y.
-Lòpez Inzunza Aylin A.