TRANSICIONES DE FASE EN ALIMENTOS

Transcripción

1 TRANSICIONES DE FASE EN ALIMENTOS sistema multifásico de un solo componente: AGUA vapor de agua hielo agua líquida sistema mulltifásico con varios componentes

2 TRANSICIONES DE FASE EN ALIMENTOS VARIACIONES EN LAS PROPIEDADES FÍSICAS: TÉRMICAS, ELÉCTRICAS, MECÁNICAS, DIFUSIONALES, ETC. VARIACIONES EN LA CINÉTICA DE REACCIONES QUÍMICAS Y ENZIMÁTICAS Y EN LOS FENÓMENOS DE TRANSPORTE CAMBIO EN LA MOVILIDAD MOLECULAR LAS TRANSICIONES DE FASES EN ALIMENTOS PUEDEN DARSE EN EL PROCESAMIENTO, EN EL ALMACENAMIENTO, EN EL CONSUMO DE LOS MISMOS TIENEN EFECTO SOBRE LA CALIDAD, LA ESTABILIDAD Y LA FUNCIONALIDAD DE LOS ALIMENTOS

3 APLICACIONES PRÁCTICAS PROPIEDADES FUNDENTES DE GRASAS COMESTIBLES FENÓMENOS DE CRISTALIZACIÓN Y APELMAZAMIENTO DE POLVOS DESHIDRATADOS TEXTURA DE CREMAS HELADAS (cantidad y tipo de cristales de hielo) ADECUACIÓN DE FORMULACIONES DE POLVOS AMILÁCEOS, ETC.

4 Transiciones de fase de primer orden dg = V dp - SdT si P = cte, dg = -SdT para sustancia pura dg dt dμ dt = - S = - S S gas > S líqui do > S sólido μ = μ ( T )

5 dg = V dp - SdT si T = cte, dg = V dp para sustancia pura dg dp dμ dp = V = V V gas > V líqui do > V sólido qué sucede si P baja? μ Gas μ Sólido T Gas Líquido sublimación T s T

6 Transiciones de fase de primer orden ΔH = Q P, ΔS = ΔH / T t, ΔV Δv agua < 0

7 Transiciones de fase de primer orden fusión / congelamiento del agua ebullición / condensación del agua cristalización de azúcares cristalización de aceites y grasas gelatinización del almidón

8 Transiciones de segundo orden β ΔC p

9 ln P 2 P 1 = ΔH RT P 2 < P 1 < 0 < 0 > 0 T 2 < T 1 ( 1 T 2 1 T 1 (

10 P 2 > P 1 > 0 < 0 < 0 T 2 > T 1 olla a presión esterilizadores de vapor

11 Diagrama de fases del CO 2 CO 2 (s): hielo seco

12 C: punto crítico Para T > T c, desaparece la distinción entre líquido y gas. La sustancia gaseosa no se puede licuar por aumento de presión.

13 Fluido supercrítico El poder disolvente de este fluido depende de su densidad, que es fácilmente controlable por cambios de P y T Aplicación: El CO 2 supercrítico se usa para extraer la cafeína del café.

14 CRISTALIZACIÓN DE COMPONENTES ALIMENTARIOS: AGUA, AZÚCARES, ETC. cristalización del agua cristalización de azúcares

15 curva de congelación CRISTALIZACIÓN DE COMPONENTES ALIMENTARIOS: AGUA, AZÚCARES, ETC. T agua solución curva de solubilidad soluto puro hielo + solución cristales de soluto + solución T T = T(tiempo)? hielo + cristales de soluto ΔT 0 1 composición eutéctica composición ΔT sobreenfriamiento tiempo 1 enfriamiento de solución 2-3 congelación, ΔT=K c m, se libera calor, hielo + solución cada vez más concentrada, se llega a saturación (eutéctico) 4 cristalización de la mezcla eutéctica 5 enfriamiento de mezcla de sólidos

16 CRISTALIZACIÓN DE COMPONENTES ALIMENTARIOS AGUA, AZÚCARES, ETC. solución de azúcar (sistema homogéneo) enfriamiento (sistema heterogéneo)

17 FUERZA IMPULSORA CONGELACIÓN DEL AGUA SOBREENFRIAMIENTO CRISTALIZACIÓN DE SOLUTOS SOBRESATURACIÓN CONGELACIÓN Y CRISTALIZACIÓN, ΔH < 0

18 NUCLEACIÓN ΔG C#, barrera energética r < r C, ΔG < ΔG C # moléculas agregado # r > r C, ΔG > ΔG C # NÚCLEO DE CRISTALIZACIÓN r C, tamaño crítico

19 NUCLEACIÓN fuerza impulsora α = S S S = concentración del soluto en solución de partida a la T inicial S = solubilidad del soluto (solución saturada) a la T final Tf Ti α = relación de sobresaturación ln α = sobresaturación zona metaestable siembra de núcleos [azúcar finamente picado (homogénea), impurezas (heterogénea)]

20 NUCLEACIÓN r c = 2 γ V RT ln α v N ΔG c # = 4/3 π r c 2 γ α v N = A e - ΔG c # kt ln α tipo Arrenhius, A = factor de frecuencia (área, D, T, γ y c)

21 1 2 3 > núcleo CRECIMIENTO 1 difusión 2 adsorción 3 difusión superficial 4 otros núcleo

22 POCOS CRISTALES GRANDES MUCHOS CRISTALES CHICOS tamaño de cristal FORMACIÓN DE CRISTALES GRANDES indeseable: cristales grandes de aminoácidos en quesos, cristales grandes de lactosa en productos lácteos. deseable: obtención por separación de fases, secado por congelamiento. α

23 HIELO ΔT S ΔT S = sobreenfriamiento

24 RECRISTALIZACIÓN (ó MADURACIÓN) A igual masa existen cambios de forma y tamaño (desproporción de Ostwald) a mayor volumen, menor área

25 CRISTALIZACIÓN RUPTURA DE NÚCLEOS PRE-FORMADOS POR FUERZAS EXTERNAS PRESENCIA O SIEMBRA

26 Ruptura de pared celular por aumento de volumen

27 Plasmólisis hielo pasaje de agua por ósmosis solución concentrada

28 CONTROL DE LA CRISTALIZACIÓN DE HIELO ULTRASONIDO BURBUJAS NÚCLEO DE CRISTALIZACIÓN NUCLEACIÓN SECUNDARIA CAVITACIÓN RUPTURA DE CRISTALES