1 1. Objetivos PRÁCTICA N 1 Determinación de Densidad en los Alimentos Determinar la densidad de diferentes muestras de alimentos utilizando el picnómetro. Determinar la densidad de diferentes muestras de alimentos utilizando el lactodensimetro. Determinar el valor de la densidad de diferentes muestras de alimentos a través de modelos matemáticos. Comparar los resultados obtenidos en los diferentes métodos con los valores teóricos reportados en la bibliografía. 2. Materiales y Reactivos Materiales: Picnómetros de 25 y 50 ml, densímetro (lactodensímetro), piseta, cilindro graduado de 100 ml, beaker de 50, 100 y 250 ml, cilindro graduado de 10 ml, balanza analítica Reactivos: jugos de frutas, jarabe de sacarosa concentrado, leche pasteurizada, agua destilada. 3. Introducción La investigación básica de los alimentos y de sus materias primas comprende no sólo la determinación de sus principales componentes, tales como carbohidratos, proteínas, grasas y otros compuestos especiales, sino también la determinación de magnitudes generales que se emplean en la caracterización y evaluación de los distintos productos y que pueden ser determinados de manera sencilla por métodos físico-químicos. Dentro de estas determinaciones generales de los alimentos se encuentran métodos tan básicos como la densidad. La densidad o masa específica de una sustancia se define como la masa de su unidad de volumen [g/ml] y se determina por pesada. La densidad depende de la temperatura y la presión. Aunque la temperatura debe especificarse junto con la densidad, la presión no es necesaria en el caso de líquidos y sólidos porque son prácticamente incompresibles. En la práctica, en lugar de la densidad se determina el denominado cociente de peso sumergido, que se obtiene dividiendo el peso sumergido de la muestra a investigar por el de la sustancia de referencia que generalmente es agua en presencia de aire. El valor obtenido se expresa como índice adimensional conocido como densidad relativa, matemáticamente se expresa como:
2 Donde: ρ20º/20º: Densidad relativa a 20ºC ρa: Densidad de alimento ρ20º/20º = ρa/ρref (I) ρref: Densidad de referencia (generalmente agua) Esta se determina picnometricamente en el caso de alimentos como bebidas, zumos de frutas, vino, cervezas y otras bebidas alcohólicas. En el caso de la leche la densidad relativa es la relación entre las masas de volúmenes iguales de leche y agua destilada ambas a 15 C. El ensayo consiste en homogenizar una muestra de leche a una temperatura de 20ºC y sumergir en ella un lactodensímetro, midiéndose el valor de la densidad relativa de la leche. Para el cálculo de la densidad también se han planteado algunas correlaciones matemáticas resultado de investigaciones realizadas por largos periodos de tiempo, entre ellos tenemos: Para la leche, por técnicas de regresión múltiple y considerando 146 observaciones de muestras de leche analizadas durante 5 años, en un intervalo de 10 ºC a 80 ºC, Alvarado (1987) obtuvo una primera ecuación que considera como variable dependiente a la densidad y como variables independientes el porcentaje de sólidos totales y a la temperatura. DL = 1011-0,7184*T + 2,5893*S (II) Donde: DL: Densidad de la leche (Kg/m 3 ) T: Temperatura de la leche (ºC) S: Porcentaje de sólidos totales de la leche Para jugos: Con 96 observaciones, entre 5 y 25 ºBrix, que cubre los valores más probables que se encuentran los jugos naturales, y entre 10 y 40 ºC, Alvarado y López (1.986) establecen la siguiente ecuación que permite el calculo de la densidad de jugos de frutas y de jarabes, como función del contenido de sólidos solubles y de la temperatura: Dj = 1008 + 4,15 Br 0,6*T ( III ) Donde: Dj: densidad en (kg/m 3 ) Br: grados Brix ( Brix)
3 T: Temperatura Antes de la actividad práctica investigue: 1. Características y funcionamiento de picnómetros. 2. Características y funcionamiento de lactodensímetros 3. Importancia del análisis de densidad en la ciencia de los alimentos Experimento Nº 1: Determinación de Densidad en los Alimentos mediante el Uso del Picnómetro 1. Determine el peso (m1) del picnómetro vacío (ver figura 1) de 25 ml en la balanza analítica (con termómetro y tapón). Verifique que este se encuentre limpio y seco. Anote su resultado en la Tabla N 1 2. Llene el picnómetro con agua destilada hasta rebosar, coloque el termómetro y el tapón. Seque por fuera el picnómetro con cuidado. Luego proceda a determinar el peso (m2) del picnómetro con el agua y la temperatura. Anote su resultado en la Tabla N 1 3. Descarte el agua y lave cuidadosamente agregue 5 ml de acetona y proceda a secar muy bien. 4. Proceda a llenar el picnómetro con la muestra problema asignada siguiendo el paso 2. 5. Determine el peso (m3) del picnómetro con la muestra, previamente secado. Anote su resultado en la Tabla N 1. Tabla N 1. (para el reporte debe colocarle un nombre) Muestra Temperatura, T ºC Agua Muestra Masa Picnómetro Vacío, m1 (g) Masa Picnómetro + Agua, m2 (g) Masa Picnómetro + Muestra, m3 (g)
4 Figura 1: Picnómetros Experimento Nº 2: Determinación de la Densidad en los Alimentos mediante el uso del Densímetro (Lactodensímetro). 1. Tome un cilindro graduado de 100 ml, llene con el alimento asignado hasta rebosar. 2. Sumerja suavemente el lactodensímetro deteniéndolo en su caída hasta que este cerca de su posición de equilibrio, imprímale un cierto movimiento rotatorio para impedir que esté se adhiera a las paredes internas del cilindro y se formen burbujas a lo largo del mismo. 3. Luego de transcurrido un minuto efectúe la lectura en el menisco superior obteniendo así la densidad. Debe anotarse también la temperatura del alimento. 4. Anote sus resultados en la Tabla N 2. Tabla N 2(para el reporte debe colocarle un nombre) Muestra Temperatura ºC Densidad Relativa g/cm 3 Densidad (corregida) g/cm 3
5 Figura 2: Lactodensímetro Experimento Nº 2: Determinación de la Densidad en Alimentos mediante modelos matemáticos 1. En un vaso de precipitado de 50 ml, tome aproximadamente 20 ml de las muestras empleadas en las dos experiencias anteriores. 2. Mida la temperatura utilizando un termómetro, anote sus resultados en la Tabla N 3 3. Mida el porcentaje de sólidos a cada muestra, para ello utilice el brixometro, anote sus resultados en la Tabla N 3 Tabla N 3 (para el reporte debe colocarle un nombre) Muestra Temperatura ºC Porcentaje Sólidos, ºBrix (ADIM) Densidad Kg/m 3 Para el REPORTE:
6 1. Calcule la densidad relativa de las muestras mediante el uso del picnómetro utilizando la siguiente ecuación: ρ20º/20º = (m3 m1) / (m2 m1) 2. Calcule la densidad de las muestras utilizando la Ecuación I de la introducción de la práctica, para ello debe investigar el valor de la densidad del líquido de referencia utilizado (en este caso agua destilada a la temperatura de estudio) 3. En el caso de la densidad calculada mediante el lactodensímetro debe hacerse una corrección de la temperatura en caso que esta sea diferente a 15 º. La corrección puede realizarse de la siguiente manera: Si la temperatura de la leche es superior a 15ºC en el momento de realizar la lectura, debe sumarse al valor de la densidad relativa en g/cm 3 el valor de 0,0002 por cada grado por encima de 15ºC Si la temperatura de la leche es inferior a 15ºC en el momento de realizar la lectura, debe restarse al valor de la densidad relativa en g/cm 3 el valor de 0,0002 por cada grado por debajo de 15ºC 4. Calcule la densidad de cada muestra empleando las ecuaciones II y III de la introducción de la práctica, para ello utilice los valores de temperatura y sólidos solubles determinados en el experimento N 2. Anote sus resultados en la Tabla N 3 Datos Bibliográficos 1. Sharma, Mulvaney y Rizvi. 2003. Ingeniería de Alimentos, operaciones unitarias y prácticas de laboratorio. Ediciones Limusa Wisley. 2. R. Paul Sing y Dennis R. Heldman. 1998. Introducción a la Ingeniera de los Alimentos. Editorial Acribia S.A. Zaragoza, España. 3. Himmelblau David M. 1997. Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería Química. Ediciones Pearson. México 4. J.G Brennan, J.R Butters, N.D Cowell, A.E.V Lilley. 1998. Las operaciones de la Ingeniería de los Alimentos. 3era edición. Editorial Acribia. Zaragoza, España. 5. Earle R.L. 1988. Ingeniería de los Alimentos. 2da. Edición. Editorial Acribia S.A. Zaragoza, España.