Física Química de los Alimentos
Docente:
Dr. Disalvo, Edgardo Aníbal
Objetivos y propósitos.
La Fisicoquímica estudia sistemáticamente las variables experimentales que afectan a los procesos de disolución, transiciones de fase y reacciones químicas térmicas, fotoquímicas y electroquímicas en medio homogéneos y heterogéneos.
A partir de estos estudios se han derivado leyes generales que permiten predecir e interpretar cuantitativamente dichos procesos en forma relativamente rigurosa. La Fisicoquímica constituye la herramienta esencial para la comprensión de los fenómenos químicos.
Sin embargo, sus formalismos han sido planteados para procesos simples y condiciones ideales.
Cuando se orienta a Ciencias de los Alimentos, la Fisicoquímica debe tratar con sistemas muy complejos y heterogéneos como emulsiones aceite/agua; suspensiones celulares, tejidos, polímeros en agua, etc.
A su vez, la Tecnología de los Alimentos utiliza en las diferentes etapas de obtención y procesamiento de alimentos metodologías fundamentalmente fisicoquímicas: propiedades de soluciones, métodos de separación y partición, procesos térmicos, fotoquímicos y electroquímicos, etc.
Por estas razones, esta propuesta docente pretende orientar la enseñanza de los principios básicos de la Fisicoquímica hacia la resolución de problemas concretos en el tratamiento de los alimentos.
Se entiende por esto que se propenderá a interrelacionar los objetivos aplicados requeridos por la industria con las bases cognitivas que pudieran dar lugar a innovaciones creativas en los procedimientos y mejoramiento de la calidad.
Dado el carácter complejo de los alimentos desde el punto de vista químico y su origen biológico, es necesario introducir en el estudio de la Fisicoquímica de Alimentos aspectos como las propiedades del agua y su rol en la estabilidad y preservación de estructuras biológicas.
Por otro lado, existen una serie de procesos en alimentos que implican un ajustado manejo de variables experimentales como presión, temperatura, composición que exigen un dominio claro de parámetros termodinámicos y cinéticos.
Contenidos.
El curso tendrá una introducción de 4 horas sobre nociones generales de fisicoquímica orientados a revisar los principios de termodinámica de soluciones; interfases, equilibrio de fases, polímeros en solución, cristales líquidos y cinética química.
Programa.
a.-el estudio de las propiedades de sistemas alimentarios o sus componentes : agua; membranas celulares, proteínas y enzimas emulsiones, sistemas coloidales, polímeros, cristales líquidos.
b.- el estudio de las bases fisicoquímicas de procesos a los que se someten los alimentos en su obtención, purificación y almacenamiento: actividad de agua y presión de vapor; congelación-descongelación; liofilización y deshidratación; partición; filtración y ósmosis.
Esta temática se dictará en nueve unidades de cinco horas cada una con el siguiente contenido.
1) Agua. Estructura y propiedades fisicoquímicas. Hielo. Diagrama de fases a altas presiones y bajas temperaturas. Puntos críticos.
2) Efecto de soluto no volátiles sobre las propiedades de fase del agua. Propiedades coligativas: descenso crioscópico y presión osmótica. Presión de vapor. Métodos de determinación. Presión de vapor y actividad de agua. Modificación por temperatura, electrolitos y polielectrolitos.
3) Adsorción de vapor de agua a proteínas y tejidos. Isotermas de adsorción. Histéresis. Calores de adsorción. Absorción de agua e hinchamiento de proteínas, geles, polisacáridos y células.
4) Influencia del agua sobre la estabilidad de estructuras biológicas: membranas celulares y proteínas. Agua solvente y agua estructural. Fenómenos de crioprotección. Congelación-descongelación; liofilización-rehidratación; deshidratación. Crioprotectores. Efectos sobre células, membranas y proteínas.
5) Dispersiones coloidales. Emulsiones, microemulsiones, sistemas micelares y cristales liquidos. Tamaño y número de partículas. Sistemas polidispersos. Leche como sistema disperso. la micela caseínica. Caracterización. Aplicación de métodos turbidimétricos, fluorométricos y electroquímicos.
6) Propiedades de interfase de partículas dispersas. Movilidad electroforética de proteínas, polisacáridos, células y microemulsiones. Propiedades adsortivas de electrolitos y no electrolitos a partículas dispersas. Potencial zeta. Fisicoquímica de sistemas dispersos: agua/aceite; aceite /agua.Estabilidad y tipo de coloides. Efecto de sales y glúcidos sobre la estabilidad.Teoría de DLVO.
7) Membranas. Membranas porosas y de solubilidad. Permeabilidad de membranas al agua gases y electrolitos. Membranas selectivas y no selectivas. Osmosis. Osmosis inversa y ultrafiltración. Electroósmosis. Permeabilidad al agua y no electrolitos de membranas celulares. Turgencia y plasmólisis. Lisis celular. Efecto de la temperatura.
8) Enzimas inmobilizadas en geles. Células inmovilizadas. Encapsulamiento de enzimas en liposomas y vesículas. Cinéticas enzimática en micelas inversas y nanopartículas. Acoplamiento de procesos cinéticos y de transporte.
9) Métodos de separación y extracción. Partición. Cromatografía en geles de exclusión.Membranas de intercambio iónico. Extracción por fluídos supercríticos. Cromatografía de adsorción. Fisicoquímica de la extracción de aceites y purificación de aceites, fosfolípidos y ácidos grasos
Implementación.
Cada unidad será desarrollada en clases teóricas de dos horas cada una y tres horas de seminario práctico o seminario -teórico según el tema. El seminario-práctico consistirá en una práctica de laboratorio que permita resolver experimentalmente un problema característico de propiedades o procesos en alimentos mediante la aplicación de metodologías fisicoquímicas Por ejemplo, se plantean diseñar trabajos prácticos sobre: Calorimetría diferencial de barrido aplicado a suspensiones coloidales de proteínas y lípidos. Potencial zeta de células y sistemas dispersos, Métodos de extracción y purificación por solventes de fosfolípidos y ácidos grasos. Separación de proteínas por cromatografía de exclusión. Cinética enzimática en sistemas dispersos. Isotermas de Adsorción de vapor de agua a proteínas. El seminario-teórico consistirá en discutir el abordaje de problemas típicos en alimentos haciendo uso de la fundamentación fisicoquímica. Se recurrirá para ello a la búsqueda bibliográfica y la discusión de criterios en los trabajos de bibliografía.
Evaluación.
Los seminarios se aprobarán cuando los alumnos expongan satisfactoriamente un tema asignado en forma individual o trabajo en equipo. Se tomarán dos exámenes parciales a lo largo del cuatrimestre. Los alumnos que hayan aprobado el 80% de los seminarios teóricos o seminarios prácticos y rendido satisfactoriamente los exámenes parciales estarán en condiciones de aprobar la materia por promoción.
Equipo de trabajo y colaboradores.
El equipo de trabajo estará integrado por Dr E. Aníbal Disalvo, profesor coordinador responsable Dres M. Cristina Añon y Dr.Jorge Wagner, asesores en alimentos y colaboradores. Los asesores en Alimentos proveerán la problemática concreta para el abordaje de los conceptos fisicoquímicos directamente involucrados. Asimismo colaborarán en el dictado teórico-práctico de los temas sobre Emulsiones y microemulsiones, Fisicoquímica de dispersiones aceite/agua y agua en aceite , Cromatografía en geles de exclusión. Los trabajos experimentales se desarrollarán con equipamiento del CIDCA o montados especialmente en el caso de disponer de recursos materiales y humanos.
Bibliografía General.
Castellan, G.W. Fisicoquimica 2da edicion, Addison Wesley Iberoamericana, 1987. Barrow, G.M., Química Física para las Ciencias de la vida, Reverté 1998. Temáticos Bender M.L. y Bribacher, J.L. , Catalisis y acción enzimática, Reverte , 1998. Tadros, Th.F. Solid-liquid dispersions, Academis press, 1987. Abuin, Gargallo, Lissi, Radic, Macromoléculas en solución, Monogradfía PNUD 1987. Gregoriadis, G. Liposome Technology, CRC Press, 1983. Franks, F. Biophysics and Biochemistry at low temperatures, CambridgePress, 1985. Temas seleccionados de: Kumar- Mittal, Handbook of Microemulsion Science and Technology, Marcel Dekker, 1999. Rey -May, Freeze-Drying/Lyophilization of Pharmaceutical and Biological Products, Marcel Dekker, 1999.