Cinética de las reacciones químicas aplicadas a los alimentos CAPITULO 2 Cinética de las reacciones químicas aplicadas a los alimentos

VELOCIDAD DE REACCIÓN

INTRODUCCIÓN Las perdidas de calidad en los alimentos se deben fundamentalmente a: Acción de microorganismos Modificaciones físicas Desarrollo de reacciones químicas y enzimáticas Las ecuaciones de la cinética de las reacciones químicas se utilizan con éxito para predecir las pérdidas de calidad.

CINÉTICA DE LAS REACCIONES La Cinética Química estudia dos aspectos básicos de las reacciones químicas: 1) Descripción del mecanismo de reacción: Conjunto de pasos y estados intermedios que se producen durante la reacción 2) Formulación de una ley de velocidad para describir con detalle la velocidad con la que se lleva a cabo la reacción

La velocidad de reacción es la velocidad con la que desciende la concentración de un reactivo o aumenta la de un producto en el curso de una reacción. La velocidad de reacción depende de la naturaleza de los reactivos, la concentración de los reactivos, la temperatura y los catalizadores.

La velocidad de reacción en general se puede representar con una ecuación de tipo: Dependiendo del tipo de reacción (concentración inicial) Ausencia de mos Valor de un parámetro inicial en general B Ausencia a valor final de un componente Presencia de mos Valor final de un parámetro determinado

Ecuación de la velocidad A B+C

Durante el transcurso de la reacción: Concentración de A desciende Concentraciones de C y B aumentan Velocidad de reacción velocidad de decrecimiento de la concentración A con el tiempo

La velocidad de reacción está dada por el crecimiento de las concentraciones de B o C con el tiempo. La velocidad de la reacción depende de la concentración de los reactivo: Donde: n: constante conocida como orden de reacción. k: Constante para cada reacción a cada temperatura (constante de velocidad)

APLICACIÓN – TIEMPO DE VIDA DE ESTANTE La perdida de calidad (deterioro) puede ser descrito modelos matemáticos. Los modelos se fundamentan en que la tasa de deterioro puede expresarse como un cambio en las concentraciones de componentes deseables o indeseables en función del tiempo.

ORDEN DE REACCIÓN Reacciones de Orden Cero Reacciones de Primer orden

Reacciones de Orden Cero - Reacciones de Orden Cero Asumiendo que el atributo de calidad disminuye con el tiempo y que el orden de reacción n=0, resulta: Integrando se obtiene: Donde Ao representa el valor inicial del atributo de calidad y A el valor del atributo en el tiempo.

Degradación enzimática Pardeamiento no enzimático Oxidación de lípidos que lleva al desarrollo de olores rancios.

A A Ao Ao Θ Θ A=Ao+kt A=Ao-kt

REACCIONES DE PRIMER ORDEN Asumiendo que el atributo de calidad disminuye con el tiempo y que el orden de reacción n=1, resulta: Integrando:

El ritmo de la pérdida de calidad del atributo depende de la cantidad que quede del mismo e implica que a medida que el tiempo avanza y el atributo de calidad disminuye la velocidad de reacción cada vez es menor.

Pérdida de vitaminas y proteínas Muerte y crecimiento microbiano Pérdida de color por oxidación Pérdida de textura en tratamientos térmicos

lnA lnA lnAo lnAo Θ Θ

EJEMPLO

Determinar el valor de k correspondiente a cada temperatura de almacenamiento, considerando una cinética de orden 0, los datos obtenidos de las muestras almacenadas a 20, 35 y 45°C.

LEY DE ARRHENIUS INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

ECUACIÓN DE ARRHENIUS La influencia de la temperatura sobre la constante de velocidad de reacción se puede expresar mediante la ecuación de Arrhenius: Donde: k: Velocidad de reacción ko: Factor preexponencial EA: Energía de activación (cal/mol) R: Constante universal de los gases1,98717 cal mol-1 K-1 T: Temperatura absoluta en °K (°C+273)

ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Cantidad de energía que se requiere para que se desencadene una determinada reacción.

Aplicando logaritmos: Según esta ecuación, la reacción se efectúa solo cuando el calor ha conseguido la activación de las moléculas. Aplicando logaritmos: Existe una relación lineal entre el ln de la constante de velocidad y la inversa de la temperatura absoluta

Para poner en práctica este método es necesario haber calculado previamente las constantes de velocidad (k) en, al menos, tres ensayos a diferentes temperaturas. La representación gráfica del logaritmo neperiano de k frente al inverso de la temperatura T es, de acuerdo con la ecuación de Arrhenius, una línea recta con pendiente -Ea/R y ordenada en el origen ln k0.

y = a + bx GRAFICA: Eje y: lnk Eje x: 1/T

b:-Ea/R x : 1/T

MÉTODO DE ARRHENIUS Método que se utiliza para realizar los estudios de estabilidad acelerada en condiciones isotérmicas de envejecimiento. Este método consiste en: Colocar un número significativo de muestras temperaturas superiores a la ambiente, espaciadas 5°C – 10°C entre sí. Determinar la velocidad de descomposición a las distintas temperaturas. Correlacionar los resultados aplicando la ecuación de Arrhenius. Predecir el comportamiento del producto a la temperatura ambiente por extrapolación.

MÉTODO DE VIDA MEDIA

Se basa en la obtención del tiempo de vida media (t1/2) en corridas experimentales en donde varía la concentración inicial de reactivo. Para la aplicación de este método se requiere de una serie de datos de tiempo de vida media a diferentes concentraciones iniciales de reactivo.

Qué es el tiempo de vida media?? El tiempo de vida media se define como el tiempo necesario para consumir la mitad de la cantidad de reactivo inicial .

Reacciones de orden cero: Reacciones de primer orden:

Y SI NO TENGO LOS VALORES DE n Y k?? MÉTODO DIRECTO POR REGRESIÓN LINEAL

Una manera directa de determinar el orden de reacción (n) y la constante (k), es linealizando la ecuación: Aplicando logaritmos:

Graficando: Eje x: lnCA0 Eje y: lnt1/2 Pendiente: 1-n

Ejemplo: La descomposición del compuesto A sigue una cinética de orden cero con k=1,0x10-5 M/s. Si se parte de una concentración inicial de A 1,000M, calcula: a) la concentración molar de A al cabo de 12 h de descomposición, b) el tiempo necesario para que la concentración sea 0,200M, c) la vida media

Ejemplo: La descomposición del compuesto A sigue una cinética de primer orden con k=1,0x10-5 s-1. Si se parte de una concentración inicial de A 1,000M, calcula: a) la concentración molar de A al cabo de 12 h de descomposición, b) el tiempo necesario para que la concentración sea 0,200M, c) la vida media

Determinación de la vida de estante de productos sometidos a diversas cadenas de distribución.

Introducción Vida útil Controles preestablecidos en el tiempo Frecuencia establecida hasta llegar al deterioro elegido como limitante o hasta alcanzar los límites prefijados.

Puntos claves Ensayos vida útil Tiempo durante el cual se va a realizar el estudio Frecuencia de muestreo Controles a llevar a cabo sobre el producto hasta que presente un deterioro importante. Controles simultáneos de calidad microbiológica, fisicoquímica y sensorial.

Determinación del tiempo máximo de almacenamiento para el estudio Un estudio de vida útil se realiza hasta lograr un deterioro apreciable en las muestras. Es importante definir cuál es el tiempo máximo de almacenamiento con el que se va a trabajar. Cuando se plantean estudios acelerados de vida útil esta información no siempre se conoce previamente.

Selección de los tiempos de muestreo Se debe seleccionar un mínimo de seis tiempos de muestreo (menos tiempos, la confianza disminuye). Determinación de los descriptores críticos Un descriptor crítico es aquella característica que limita la vida útil del producto. Si no existe mucha información previa sobre el comportamiento del producto a lo largo del almacenamiento, hay que plantear un conjunto de análisis que pueden incluir análisis fisicoquímicos, microbiológicos, sensoriales y de aceptabilidad.

Determinación de la vida de estante de productos sometidos a diversas cadenas de distribución. La velocidad de la perdida de calidad de un alimento es proporcional a la temperatura de almacenaje. Todo efecto por temperatura es acumulativo y no depende de cuando sucede durante la vida útil del producto.

Las fluctuaciones de temperatura tienen un efecto acumulativo e irreversible sobre la calidad del alimento.

MÉTODO (TOLERANCIA-TIEMPO-TEMPERATURA) A fin de calcular la fracción de vida útil consumida (fcon), se puede utilizar la metodología propuesta por Labuza (1983), donde fcon corresponde a la sumatoria de los tiempos a cada temperatura sometida (ti) dividida para el tiempo de vida útil a la temperatura en particular (Θi)

La vida útil restante en el producto se puede calcular a una temperatura de referencia de tal manera: Donde Tiempo de vida útil a la temperatura de referencia