UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS Departamento de Ingeniería de Alimentos y Productos Agropecuarios
DETERMINACIONES DENSIMETRICAS CURSO: ANÁLISIS DE ALIMENTOS PROFESORA: PATRICIA GLORIO PAULET MESA: 2 ALUMNAS: LATINEZ, PAOLA VALQUI, JACKELINE YZÁSIGA, MARIA JOSÉ
FECHA DE PRACTICA: 09 DE JUNIO DE 2015 1
I.
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. Experimentalmente es complicado hallar la Densidad Específica de un cuerpo sólido, más aun si se trata de grano o cereales. En el caso de tratarse de un cuerpo líquido, con la ayuda de un picnómetro conocer su densidad se hace muy sencillo. El picnómetro es un instrumento sencillo utilizado para determinar con precisión la densidad de líquidos. Su característica principal es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes líquidos en su interior. Esto nos sirve para comparar las densidades de dos líquidos pesando el picnómetro con cada líquido por separado y comparando sus masas. Es usual comparar la densidad de un líquido respecto a la densidad del agua pura a una temperatura determinada, por lo que al dividir la masa de un líquido dentro del picnómetro respecto de la masa correspondiente de agua, obtendremos la densidad relativa del líquido respecto a la del agua a la temperatura de medición. (Lewis, 1993) Objetivo
Conocer los métodos para determinar la densidad de los alimentos líquidos y sólidos.
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II.
REVISIÓN DE LITERATURA
2.1.
Densidad
Llamamos densidad absoluta o simplemente densidad () de un cuerpo homogéneo a su masa m, por unidad de volumen:
m V
Las unidades básicas en el Sistema Internacional (SI), de masa y volumen son Kg y m3, respectivamente. Por lo tanto la unidad de densidad resulta ser Kg/m3, pero para los fines prácticos en química se expresa generalmente en g/cm3 o g/ml para sólidos y líquidos y en g/l para gases. De acuerdo con la expresión matemática entonces, para determinar la densidad de una sustancia debemos medir la masa y el volumen del mismo. Para un mismo estado de agregación, la densidad depende de la temperatura pues el volumen varía con la misma, mientras que la masa permanece constante. Es por ello que cada vez que se determina la densidad de una sustancia se debe indicar a la temperatura a la que se realiza la experiencia, por ejemplo para el caso del agua:
Uno de los problemas que trae aparejado el conocido “efecto invernadero” , es que al aumentar la temperatura promedio de la tierra, disminuye la densidad del agua de mar y debido a que su masa se mantiene constante, aumenta el volumen del agua de mar y por lo tanto el nivel del mismo, produciendo la desaparición de playas en zonas litorales (Tipler, A. y Mosca, G. 2003).
2.2.
Principio de Arquímedes:
Este principio establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza vertical hacia arriba, llamada empuje, cuyo valor es igual al peso del fluido desalojado y cuya línea de acción pasa por el centro de gravedad del fluido desalojado (Tipler, A. y Mosca, G. 2003).
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Figura 1: principio de Arquímedes
Así, si un cuerpo de volumen V se encuentra totalmente sumergido en un líquido de densidad (), el empuje que experimenta el cuerpo es: E gV
2.3.
Densidad relativa en líquidos
2.3.1. Picnómetro
Este método consiste en la determinación de la densidad de un líquido no viscoso con mayor precisión mediante la utilización de un recipiente volumétrico de vidrio conocido como picnómetro.
El picnómetro (del griego puknos, "densidad”) es un frasco de vidrio con un cierre sellado, posee un tapón con un finísimo capilar de volumen conocido. Su característica principal es la de mantener un volumen fijo al colocar un líquido en su interior. Esto permite obtener la densidad del líquido determinando la masa del picnómetro vacío y posteriormente conteniendo el líquido. Es usual comparar la densidad de un líquido respecto a la densidad del agua pura a una temperatura determinada, por lo que al dividir la masa de un líquido dentro del picnómetro respecto de la masa correspondiente de agua, obtendremos la densidad relativa del líquido respecto a la del agua a la temperatura de medición.
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El picnómetro es muy sensible a los cambios de concentración de sales en el agua, por lo que se usa para determinar la salinidad del agua, la densidad de líquidos biológicos en laboratorios de análisis clínicos, entre otras aplicaciones (Cromer, A. 2007). Figura 2: Picnómetro
2.3.2. Método hidrométrico Un hidrómetro es un dispositivo que utiliza la fuerza de flotación para medir la gravedad específica S de un líquido. Este aparato es de vidrio y posee un vástago de sección prismática que está graduado y en donde se realiza la medición. Cuando se introduce en un líquido, el hidrómetro queda parcialmente sumergido, en posición vertical y con el vástago fuera de la superficie del líquido (Cromer, A. 2007). Figura 3: Hidrómetro
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2.4.
Peso específico en sólidos
2.4.1. Densidad aparente
Cuando se mezclan, transportan y envasan productos granulados, por ejemplo guisantes, es importante conocer las propiedades del material en conjunto. Cuando tales sólidos son colocados en un recipiente, el volumen total ocupado contendrá una sustancial proporción de aire. La proporción ε del material envasado es aquella fracción del volumen total que está ocupada por el aire, es decir: ε= volumen del aire (Lewis, 1993)
2.4.2. Densidad grosera Para obtener el volumen de cuerpos solidos irregulares, es decir, sin una forma definida (por ejemplo una piedra), se sumergen en un recipiente graduado con agua. En este caso, el nivel del agua sube de acuerdo con el volumen de la piedra, porque según la propiedad de impenetrabilidad, dos cuerpos no ocupan un mismo espacio en el mismo tiempo (Cromer, A. 2007). Figura 4: determinación del volumen de un solido
Fuente: Cromer, A. (2007).
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III.
MATERIALES Y MÉTODOS
Hidrómetro a) Materiales
Muestra alimenticia: leche
Probeta de 250 ml
Termómetro
Lactodensímetro b) Método Diagrama 1: Flujo del procedimiento del método de determinación de densidad por hidrómetro
Transferir una porción de muestra a una probeta de vidrio suficientemente ancha
Verter el líquido resbalando por las paredes para evitar la formación de burbujas de aire
Introducir el hidrómetro en la disolución a la temperatura a la que este calibrado el instrumento
Proceder con la lectura y equivalencia con alguna corrección si es necesario
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Picnómetro a) Materiales
Muestra alimenticia: Nectar de durazno (Frugos)
Baño María
Termómetro
Picnómetro b) Métodos Diagrama 2: Flujo del procedimiento para hallar masa del picnómetro vacío
Lavar el picnómetro con solución sulfocromica
Enjuagar varias veces con agua destilada
Poner el tapón y dejar reposar por 15 minutos en la balanza
Pesar con cuatro cifras decimales. Realizar la medida de 3 determinaciones
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Diagrama 3: Flujo del procedimiento para hallar masa del picnómetro lleno de agua
Llenar el mismo picnómetro con agua destilada un poco por encima del enrase
Tapar y dejar en baño maría.
Alcanzada la temperatura indicada con un capilar enrasar exactamente
Secar la parte vacía del picnómetro de cualquier resto de agua con papel tissue
Colocar el tapón y secarlo con un paño suave
Colocar en la balanza durante 30 muinuto y pesar con precisión de cuatro cifras decimales
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Diagrama 4: Flujo del procedimiento para hallar masa del picnómetro con la muestra
Vaciar el picnómetro
Lavar con pequeñas porciones de la muestra
Llenarlo con la muestra problema por encima del enrase
Seguir el procedimiento anteriormente indicado
Peso específico en solidos Densidad grosera a) Materiales
Muestra alimenticia: papa
Vasos precipitados
Agua destilada
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b) Método Diagrama 5: Flujo del procedimiento para densidad grosera
En un recipiente de volumen conocido colocar papas con peso conocido
Agregar agua sobre dicho recipiente hasta alcanzar nivel de las papas
Escurrir el agua y determinar su volumen
Por diferencia se determina el peso de las papas.
La densidad grosera de obtiene dividiendo el peso de las papas entre el volumen de agua ocupado por ellas
Densidad aparente a) Materiales
Muestra alimenticia: pan
Arroz
Vasos precipitados
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b) Método Diagrama 6: Flujo del procedimiento para densidad aparente
En un recipiente de volumen conocido llenar con semillas de horatalizas
Vaciar el contenido y en su reemplazo colocar pan
Llenar nuevamente la vasija con las semillas
Las semillas sobrantes deberán ser medidas en una probeta
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IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES Hidrómetro Cuadro 1: medidas en el lactodensímetro Grados Dornic Medido 24°C Corregido al límite 15°C
Densidad (g/cm3)
29 29 + 0.2*9= 30.8
1.0308 Fuente: propia
Un hidrómetro como el lactodensímetro, dependiendo de la densidad del líquido, requerirá sumergirse más o menos en el fluido para equilibrarse, pudiéndose leerse al nivel del líquido el valor de la densidad relativa. Sin embargo, la lectura se puede realizar de una manera errónea si es que no se visualiza correctamente. Se colocó en la probeta la leche procediendo de manera cuidadosa para impedir la formación de espuma. El lactodensímetro se debió introducir de forma que la leche rebose de la probeta para evitar una posible formación de espuma que dificulte la lectura. Se debió constatar que la temperatura de la leche esté alrededor de la temperatura del lactodensímetro calibrado. Como lo indican los resultados, se hizo una corrección debido a la diferencia de temperatura entre lo calibrado y la temperatura de la muestra. Dado que los densímetros tienen una escala graduada, es necesario conocer el rango y la apreciación del mismo. La NTP 202.002. 2001. indica que la densidad mínima a 20ºC para la leche entera evaporada es de 1,0648 gr/ml. Según el valor obtenido de 1.0308 gr/ml, la densidad de la leche evaporada resultó ser menor que lo que indica la NTP 202.002. 2001. Posiblemente eso se deba a que en la leche evaporada entera, el porcentaje de grasa es mayor al 7.5%, por lo tanto la densidad es menor pues la grasa posee baja densidad. Es importante señalar que los valores de densidad variarán según el tipo de procesamiento aplicado al producto. Por ejemplo, la leche fresca posee una
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densidad relativa que varía entre 1.018 y 1.045, mientras que la leche de vaca entre 1.028 y 1.035, valor cercano al hallado con el lactodensímetro. Según Gentile (2002), ello se debe a que los glóbulos de grasa tienen una densidad relativa inferior a la de la fase líquida y, por lo tanto, ascienden a la superficie para formar nata (crema) cuando se deja reposar la leche en un recipiente. Los procesos que se aplican muchas veces pueden reducir el tamaño de los glóbulos de grasa, de manera que influye en su cambio de densidad. En el caso de la obtención de la leche desnatada o descremada, la utilización de una centrifugadora acelera la separación de la grasa de la leche entera. Picnómetro
Cuadro 2: mediciones de los picnómetros Peso vacío (g)
Peso con agua (g)
Peso con jugo (g)
Picnómetro 1
18.8021
43.8998
45.1510
Picnómetro 2
21.0957
45.7932
47.0150
Picnómetro 3
19.5621
44.8347
46.0900 Fuente: propia
Cálculos Picnómetro 1
D20/20 =
45.1510−18.8021 43.8998−18.8021
= 1.0499 g/cm3
Picnómetro 2 D20/20 =
47.0150−21.0957 45.7932−21.0957
= 1.0495 g/cm3
Picnómetro 3
D20/20 =
46.0900−19.5621 44.8347−19.5621
= 1.0497 g/cm3
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Según lo que se obtuvo, el néctar de durazno posee una densidad relativa de:
1.049 gr/cm3 En este procedimiento se tuvo que agitar enérgicamente el picnómetro, de forma que el sedimento existente se reparta de manera uniforme, pues la muestra era turbia.(UNLP, 2008) El néctar de durazno posee un porcentaje de sólidos significativo de manera que ello pudo haber influido en la determinación de la densidad. Según Manuel C. y Yhajaira Pérez (1987), en general, la densidad de una sustancia disminuye lentamente cuando se incrementa la temperatura y aumenta el contenido de sólidos. Edimir A, y Alexandre J. (2002), dice que la densidad (masa especifica) del jugo de fruta es directamente proporcional al contenido de humedad (Tº constante) e inversamente proporcional a la temperatura. No se encontró un valor referencial del néctar de durazno de la marca Frugos, sin embargo ADUANAS-Chile nos da valores referenciales para el néctar de durazno de la marca Watt’s:
Grados Brix: 14.8 a 20°C
Densidad: 1.0576 a 20°C
Considerando que cada empresa tiene su propia formulación y posibles errores técnicos aún se puede decir que los resultados son cercanos. Por lo que un picnómetro es un instrumento de precisión para hallar densidades en líquidos. Densidad grosera Cuadro 3: resultados de volúmenes y pesos de papa
Papa
peso
volumen H2O
volumen ocupado por papa
24.0542 g
300 ml
22 ml Fuente: propia
Densidad grosera =
24.0542 22
= 1.093 𝑔/𝑐𝑚3
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Se puede hallar la densidad debido a que se conoce un peso de la muestra y el volumen proviene del agua que es ocupado por tal muestra en un recipiente que se llena con un volumen conocido. Sin embargo, esta determinación es poco exacta ya que las muestras como papa, naranja, etc., no poseen un volumen definido pues no son completamente esféricos, poseen una textura rugosa. Es así que se podría incurrir en errores. Según Serope (2005), la densidad varía con respecto a la temperatura y además que la densidad grosera se presenta en mayor valor que la densidad aparente. La densidad grosera de la manzana fue medida a 21 °C Lewis (1993) afirma que los productos vegetales como los tubérculos, en este caso papa, al tener una alta cantidad de agua, que en algunos casos sobrepasa el 75%, tienen una densidad cercana a la del agua 1gr/cm3. Esto se confirmó con el valor obtenido que cercano al del agua, sin embargo la variación puede deberse a la inexactitud del método.
Densidad aparente Cuadro 3: resultados de volúmenes y pesos del pan peso
volumen
volumen ocupado por pan
semillas Pan
7.9470 g
300 ml
52 ml Fuente: propia
Densidad aparente =
7.9470 52
= 0.153 𝑔/𝑐𝑚3
Para determinar la densidad aparente del pan se trabajó con una probeta y con arroz, se procedió a pesar el alimento y después hallar su volumen por diferencia cuando se adiciona el arroz con el pan y la cantidad de arroz en la probeta sin pan.
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Según Orrego (2003), la densidad aparente de una sustancia se da cuando se incluye el volumen de todos los poros. Lewis (1993) nos dice que la densidad de los sólidos se define como la masa de las partículas dividida entre el volumen de las partículas, y tendrá en cuenta la presencia de los poros internos. Debido a que no se resta el volumen de los poros solo se dice que es densidad aparente más no real. No se encontraron valores teóricos para realizar la comparación respectiva en la muestras de panes, pero el valor experimental obtenido en el laboratorio es muy pequeño, debido a que tiene gran porosidad. Los alimentos con gran porosidad, como es el pan, tienen una densidad muy variable que no depende ya de su concentración de agua y puede variar de acuerdo a su forma y característica propias del alimento. Según Alimentación sana (2005), Cuando se aplasta el pan su densidad aumenta, ya que la separación entre sus moléculas es menor. Esto es explicado ya que un pan siempre tiene como aire entremedio y es esponjoso, pero cuando se aplasta expulsa el aire y queda más duro y en este caso va disminuyendo el volumen, por lo que su densidad se hace mayor (son inversamente proporcionales) Según Lewis (1993) la densidad aparente del producto depende de una serie de factores como son la densidad de sus componentes, la geometría, el tamaño, las propiedades de superficie y el método de medida.
V.
CONCLUSIONES
La Temperatura y presión son parámetros muy importantes a tener en cuenta debido a que el efecto de estos en la densidad de los fluidos. Por eso a la hora de la medición la temperatura debe especificarse junto con la densidad, aunque la presión no es necesaria en el caso de líquidos y sólidos porque son prácticamente incompresibles La densidad aparente de los productos dependerá de la densidad de los propios componentes, la geometría, el tamaño, etc.
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Los métodos densimétricos tiene un amplio uso en el campo del control de calidad de productos, si hubo alteración en tales. 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 físicoquímicos. Dentro de estas determinaciones generales de los alimentos se encuentran métodos tan básicos como la densidad Tanto el hidrómetro como el picnómetro sirven para hallar densidad, pero el picnómetro es más exacto ya que se basa en el valor de las masas, y mediante una balanza analítica se consigue un valor de varios decimales.
VI.
BIBLIOGRAFÍA
Lewis, M. 1993. Propiedades físicas de los alimentos y de los sistemas de procesado. Editorial Acribia. España.
Tipler, A. y Mosca, G. 2003. Física para la ciencia y la tecnología. Editorial REVERTÉS.A. España.
Cromer, A. 2007. Física para las ciencias de la vida. Editorial REVERTÉS.A. España.
ALIMENTACION SANA. 2005. El pan básico y nutritivo (en línea). Disponible en: www.alimentacion-sana.com.ar. (Consultado el 15 de junio del 2015)
ORREGO, C. 2003. Procesamiento de alimentos. Centro de publicaciones universidad nacional de Colombia. Colombia.
MANUEL CHApano Beltrán, Yhajaira del Valle Pérez. 1987. Algunas Propiedades Físicas Y Termodinámicas De Las Vinazas. AlimentaciónEquipos y tecnología, Año VI, N° 5.
Edimir A. Pereira, Alexandre J. de M. Queiroz & Rossana M. F. de Figueirêdo. 2002. Massa Específica De Polpa De Açaí Em Função Do
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Teor De Sólidos Totais E Da Temperatura. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Vol. 6, número 3.
ADUANAS-Chile.
Gobierno
de
Chile.
Disponible
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https://www.aduana.cl/aduana/site/artic/20070227/pags/2007022712004 1.html (consultado: 14 de junio del 2015)
GENTILE, A. 2002. Revista: Revisiones de a ciencia, tecnología e ingeniería de alimentos: artículo sobre Leche. Volumen 2 número 1. Cali Colombia.
Disponible
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https://books.google.com.pe/books?id=zDiYBXaYPmIC&pg=RA1PA4&dq=densidad+de+leche+por+el+lactodensimetro&hl=es&sa=X&ved =0CC0Q6AEwA2oVChMIyr_PjMeSxgIVVjWICh1MdwjI#v=onepage&q=d ensidad%20de%20leche%20por%20el%20lactodensimetro&f=false (Consultado el 14 de junio del 2015)
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