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Vitae

Print version ISSN 0121-4004

Vitae vol.21 no.2 Medellín May/Aug. 2014

 

ALIMENTOS: CIENCIA, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

 

DETERMINACIÓN DE ISOTERMAS DE DESORCIÓN EN JAMÓN DE CERDO COCIDO ALMACENADO ENTRE 4°C Y 12°C

 

DESORPTION ISOTHERMS DETERMINATION IN COOKED PORK HAM STORED BETWEEN 4°C AND 12°C

 

 

María Isabel GONZÁLEZ HURTADO, M.Sc.1*, Luis Danilo PORRAS BARRIENTOS1, Aura Cristina AGUDELO FLOREZ. M.Sc.1, Oscar Albeiro QUINTERO CARDONA1, Carlos Fernando DIOSA QUINTERO1

1 Centro de Investigación y Desarrollo Cárnico. Industria de Alimentos Zenú S.A.S. Grupo Nutresa. Cra 64C # 104-03. Medellín, Colombia.

* Autor a quien se debe dirigir la correspondencia: mgonzalezh@zenu.com.co.

 

Recibido: Septiembre 10 de 2013

Aceptado: Mayo 26 de 2014

 


RESUMEN

Antecedentes: Las isotermas de sorción describen la relación termodinámica entre la actividad de agua (aw) y el contenido de humedad en base seca (g agua / g materia seca), de un producto alimentario a presión y temperatura constante. Estas pueden ser de adsorción o desorción. Su conocimiento es de gran importancia en la industria de alimentos, ya que brindan información apta para la selección del material de empaque, la predicción de la vida útil del producto y la evolución del contenido de humedad durante el tiempo de almacenamiento. Objetivos: Evaluar la relación existente entre la humedad y la aw en un jamón de cerdo cocido mediante el uso de isotermas de desorción a diferentes temperaturas de almacenamiento. Métodos: Para realizar el análisis se evaluaron dos lotes independientes de jamón donde se evaluó su composición fisicoquímica para luego ser almacenados en cámaras de almacenamiento a temperaturas de (4, 8 y 12°C). El proceso utilizado para determinar las curvas isotérmicas de sorción, fue el método recomendado por el proyecto COST 90, en un rango de aw entre 0,123 hasta 0,958 respectivamente. Los datos experimentales se modelaron utilizando cuatro modelos empíricos (Oswin, Caurie, Smith y Henderson) y dos teóricos (Guggenheim Anderson de Boer (GAB) y Brunauer, Emmett y Teller (BET)) comúnmente aplicados en la industria de alimentos. La calidad de ajuste se evaluó con el error medio relativo (%E), la raíz cuadrada del error cuadrático medio (RMSE) y la suma de errores cuadrados (SSE) respectivamente. Los datos se analizaron mediante la aplicación de modelos no lineales usando el método de mínimos cuadrados y se seleccionaron los modelos que presentaron mejores ajustes. Resultados: En relación con la cinética de desorción se observó que los modelos propuestos por GAB, BET y Oswin, tuvieron un mejor ajuste a los datos experimentales a las tres temperaturas de almacenamiento. Conclusión: En el jamón, las isotermas de desorción no presentan dependencia con la temperatura. Las curvas muestran un comportamiento tipo III, debido a la afinidad e interacción existente entre el sistema multicomponente y el agua disponible en el entorno.

Palabras clave: Jamón, isoterma, cinética, modelamiento, sorción.


ABSTRACT

Rationale: The sorption isotherms describe the thermodynamic relationship between the water activity (aw) and the dry basis moisture content (grams of water / grams of dry mass) for a food product, at constant pressure and temperature. The isotherms can be of adsorption or desorption. Knowing them is of great importance within the food industry, as they provide information needed for the selection of package material, shelf-life prediction, and moisture content evolution during storage time. Objective: To evaluate the relationship between moisture and aw within a boiled ham using isotherms of desorption at several storage temperatures. Methods: To run the analysis two independent lots of ham were used to evaluate the physical-chemical composition, they were later stored in a storage chamber set at (4, 8 and 12°C) of temperature. The process used to determine the sorption isotherm curves was recommended by the Cost 90 project, using a range for aw between 0,123 and 0,958 respectively. The experimental data were modeled using four different empirical models (Oswin, Caurie, Smith and Henderson) as well as two theoretical ones (Guggenheim Anderson of Boer (GAB), and Brunauer, Emmett and Teller (BET)), these methods are usually applied within the food industry. The fit quality was evaluated using the Average Mean Error (%E), the Root Mean Squared Error (RMSE), and the Sum of Squares for Errors (SSE) respectively. The data was analyzed through non-linear models, using the Minimum Squares method, and the models showing the best fit were selected. Results: Related to desorption kinetic, it was observed that the models proposed by GAB, BET, and Oswin had a better fit to the experimental data at the storage temperatures given above. Conclusion: In the ham desorption isotherms do not show dependency with temperature. The curves show a Type III behavior due to their affinity and interaction between the multicomponent system and the surrounding water.

Keywords: Ham, isotherm, kinetics, modeling, sorption.


 

 

INTRODUCCIÓN

El jamón es descrito como un producto cárnico procesado, cocido, embutido, moldeado o prensado, elaborado con músculo entero o troceado, con la adición de sustancias de uso permitido y listo para el consumo (1). Su calidad está influenciada por muchos factores, entre los que se incluyen: selección de la materia prima, condiciones de almacenamiento, variación en el contenido de humedad, proceso de inyección de la salmuera, tratamiento mecánico y térmico (2).

El conocimiento de factores como el contenido de humedad, permite brindar información muy útil para los procesos de secado, preservación y acondicionamiento de materiales alimenticios; además, facilita estructurar sistemas de almacenamiento y determinar su estabilidad. En un alimento, la relación entre la aw y el contenido de humedad, a una temperatura y presión constantes, se denomina isoterma de sorción, la cual constituye una representación gráfica del contenido de humedad en base seca presente en el alimento contra la aw en condiciones isotérmicas, donde el material está en equilibrio higroscópico con el ambiente en que se encuentra y no existe cambio en el peso de la muestra (3-5).

En la actualidad, las teorías de la estructura de sólidos y de los fenómenos superficiales no permiten predecir la variación del contenido de humedad de equilibrio de diversos materiales. Sin embargo, se ha intentado correlacionar los datos experimentales mediante modelos matemáticos, los cuales proporcionan resultados satisfactorios en ciertos rangos de aw y ciertos tipos de alimentos. Debido a las limitaciones que ofrecen estos modelos, se hace necesario determinar los contenidos de humedad de equilibrio por vía experimental, bien sea empleando el método dinámico o el método estático (5-7). El primer método se basa en el uso de microbalanzas con atmósferas controladas para lograr condiciones de equilibrio aparente, donde los cambios dinámicos en la masa de la muestra, en función del tiempo, son inferiores a 0.002%/min. Estas condiciones de equilibrio han sido consideradas como adecuadas para construir las isotermas de sorción de vapor de agua. En el método estático, las muestras se colocan en recipientes cerrados a humedades relativas constantes, hasta alcanzar un equilibrio higroscópico. Para lograr esto, se utilizan diversas sustancias químicas que poseen la característica de retirar o ceder humedad del ambiente en que se encuentren, hasta que se alcanza un estado de equilibrio. La humedad relativa se puede mantener constante al interior de recipientes herméticamente cerrados, utilizando soluciones saturadas de diferentes sales (5). En este contexto, el conocimiento de las propiedades de desorción en el jamón permite evaluar el comportamiento del producto; ya que permite predecir los cambios en su estabilidad y, de esta forma, seleccionar los materiales de empaque adecuados. Por tanto, el objetivo del presente trabajo fue determinar la relación existente entre la humedad y la aw en las isotermas de desorción del jamón de cerdo cocido bajo diferentes condiciones de almacenamiento.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Material de estudio

El jamón de cerdo cocido fue elaborado en la planta de Industria de Alimentos Zenú S.A.S (Medellín, Colombia) Grupo Nutresa, a partir de fórmulas estándar, con base en los protocolos de elaboración y envasado establecidos. Se tomaron dos lotes independientes, a los cuales se les determinó su contenido de humedad, grasa y proteína mediante un analizador de carne Foss FoodScan® (AOAC 2007.04), pH usando un pH-metro OAKTON® (Ion 2700) y el contenido de nitritos y almidón a través de un espectrofotómetro Genesys 10S UVVIS Thermo Scientific® (AOAC 973.31/2006) (COVENIN 1150-80/1998) (8) (9) (10). Posteriormente, las muestras fueron cortadas por triplicado en forma circular con un diámetro de 2.8 mm y un espesor de 2 mm y depositadas en recipientes con cierre hermético, bajo condiciones controladas de temperatura (4, 8 y 12°C) que fueron verificadas con un sistema de adquisición de datos (Dataloger) utilizando el equipo Fluke 51 II®. Las humedades relativas fueron establecidas con diferentes soluciones salinas saturadas: cloruro de litio (LiCl), cloruro de sodio (NaCl), cloruro de magnesio (MgCl2), ioduro de potasio (KI2), cloruro de potasio (KCl), nitrato de magnesio (MgNO3)2, acetato de potasio (CH3COOK), carbonato de potasio (K2CO3) y dicromato de potasio (K2Cr2O7), las cuales generan atmosferas de aw determinadas (11).

Contenido de humedad

Para determinar el contenido de humedad, se utilizó una cámara de secado por convección forzada Memmert® a 105ºC ± 2ºC (aproximadamente 5 horas) hasta alcanzar un peso constante. Posteriormente las muestras fueron enfriadas en un desecador, determinando su peso antes y después, mediante el uso de una balanza analítica Mettler- Toledo Ab204-S® (precisión de ± 0,0001 g). El contenido de humedad se expresó en base seca (g de agua / g materia seca) (AOAC 925.45/2002) (12).

Determinación de isotermas de desorción

Para la determinación de las curvas isotérmicas de desorción, se aplicó el método recomendado por el proyecto COST 90, donde una masa conocida de muestra se deja equilibrar con la atmosfera producida por una disolución saturada de sal con aw conocida en un recipiente cerrado herméticamente (13). Durante el estudio se controló el peso de la muestra cada 10 días, hasta alcanzar un peso constante. A los recipientes que contenían soluciones con humedad relativa (%HR) mayor a 75% (KCl, NaCl, K2Cr2O7) se les adicionó Thymol, para inhibir el desarrollo microbiano, especialmente el enmohecimiento (14). El contenido de humedad en base seca contra la aw, se graficó con el fin de obtener las curvas isotérmicas de desorción.

Modelamiento de isotermas de desorción

Los datos experimentales fueron ajustados a los modelos matemáticos de: GAB, BET, Henderson, Caurie, Smith y Oswin, que se presentan en la tabla 1 (14).

Análisis estadístico

Los datos experimentales fueron analizados en el paquete estadístico R Core Team 2012. Se realizó un análisis de regresión no lineal con el fin de determinar los parámetros de cada modelo. Para el ajuste, se estimó el error medio relativo porcentual (%E), la raíz cuadrada del error cuadrático medio (RMSE) y la suma de errores cuadrados (SSE), respectivamente. Cada variable de respuesta, fue analizada mediante una regresión no lineal, aplicando un ajuste de mínimos cuadrados (non-linear least squares (nls)) (15). Además, se estimó los intervalos de confianza al 95%, aplicando el método delta para determinar diferencias estadísticamente significativas, entre la predicción de cada una de las curvas de desorción analizadas (16).

 

RESULTADOS

Análisis fisicoquímico

En la tabla 1 se presenta el promedio de la composición fisicoquímica de los lotes 1 y 2 de jamón evaluados.

Contenido de humedad en base seca

En la tabla 2 se presentan los valores del contenido de humedad en base seca en función de la aw para las tres temperaturas de trabajo (4, 8 y 12°C). Los valores tabulados representan el promedio de las tres repeticiones realizadas a los dos lotes evaluados.

En la figura 1 se muestran las isotermas de desorción de jamón cocido, las cuales presentan forma sigmoide tipo III, según la clasificación establecida por Brunauer et al, 1940 (17). Este tipo de curvas son muy comunes en alimentos como patata (18), mora (19), coliflor (20), menta (21) y productos cárnicos como cerdo (22, 23), ternera, cerdo cocido, curado (3) y ternera cruda (24).

Modelamiento de isotermas de desorción

En la tabla 3 se presentan los resultados obtenidos para los modelos propuestos, con sus respectivas constantes, al igual que los valores del porcentaje de error medio relativo (%E), la raíz cuadrada del error cuadrático medio (RMSE) y la suma de errores cuadrados (SSE), respectivamente. Los modelos que mejor se ajustaron al comportamiento de los datos experimentales a las tres temperaturas de trabajo fueron: GAB, BET y Oswin.

En las figuras 2, 3 y 4 se presentan las curvas experimentales y predichas por los modelos (4, 8 y 12 °C) respectivamente, utilizando las seis ecuaciones propuestas.

En la figura 5, se presenta la comparación de los modelos (GAB, BET y Oswin) frente a las temperaturas de almacenamiento, mediante el uso de los intervalos de confianza del 95% aplicando el método delta. En la figura 6, se presenta el comportamiento del modelo de Oswin bajo las mismas condiciones de almacenamiento Las isotermas de desorción de jamón cocido, a las diferentes temperaturas de almacenamiento, no presentaron diferencias estadísticamente significativas con un intervalo de confianza del 95% (figuras 5 y 6).

 

DISCUSIÓN

Modelamiento de isotermas de desorción

La correlación entre la aw y la humedad de la isoterma mostró que, a medida que la proporción de agua libre del producto fue disminuyendo por efecto de la deshidratación, se hizo más compleja la pérdida de humedad, por el incremento de la proporción de agua ligada dentro de la estructura del alimento. Este comportamiento también fue evidenciado en estudios de secado de músculos de jamón curado, carne de res, carne de cerdo curada y cocida (25).

Los modelos de GAB, BET y Oswin presentaron los mejores ajustes en las isotermas de desorción a las diferentes temperaturas de almacenamiento. El modelo de Oswin ha sido usado para describir las isotermas de desorción en productos biológicos (26, 27) y se han observado estudios similares donde este permite describir la isoterma de desorción en productos cárnicos como en el músculo de sardina a diferentes temperaturas (28). En el modelo de GAB se observó que el valor del contenido de humedad de monocapa (Xm) y el valor de K arrojaron resultados similares a los calculados por Clemente et al., 2009, Trujillo et al., 2003 y Hadrich et al., 2008 para carne de cerdo congelada, carne de atún liofilizada y lomo de res; pero diferente valor de C (3, 24, 29).

No se encontró diferencias estadísticamente significativas entre las isotermas de desorción evaluadas a las tres temperaturas. Por ello, en el rango de temperatura en el que oscila la cadena de distribución del jamón cocido empacado al vacío (4°C a 12°C), no existe dependencia de la temperatura con los valores de humedad en equilibrio alcanzados. Esto puede estar asociado a que el rango de temperatura evaluado es estrecho, comparado con los deltas comúnmente encontrados en estudios de isotermas en alimentos, como por ejemplo los reportados por Trujillo, et., al 2003; que alcanzan diferenciales entre curvas de sorción de hasta 10°C (24).

Para establecer un adecuado ajuste a los modelos Boquet et al., 1978, recomiendan que el (%E) sea <10% (30). Sin embargo, el error medio relativo encontrado en los mejores modelos del presente estudio arrojaron un valor promedio de 24,16%, lo cual está asociado posiblemente al hecho de que las muestras fueron obtenidas de diferentes lotes de producción, favoreciendo un producto con características heterogéneas a nivel macro y microestructural, ya que cuenta con una fase tipo mezcla caracterizada por la presencia de trozos de fibra muscular heterogéneos y salmuera de inyección.

 

LIMITACIONES

Debido a que en este estudio no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre las isotermas de desorción del jamón cocido a las diferentes temperaturas de almacenamiento, no fue posible realizar el análisis de algunas propiedades termodinámicas como el calor isostérico y la energía de activación. En futuros trabajos se podrían realizar isotermas de desorción con deltas de temperatura mayores que permitan modelar el proceso de tal forma que sea posible obtener otros valores de interés de la matriz alimentaria a nivel termodinámico.

 

CONCLUSIONES

Las isotermas de desorción experimentales de jamón cocido se determinaron a 4, 8, 12°C mediante el método recomendado por el proyecto COST 90, las cuales presentaron una forma sigmoide de tipo III.

El comportamiento de las isotermas de desorción del jamón cocido a las tres temperaturas de trabajo (4, 8 y 12°C) fue descrito usando seis modelos (GAB, BET, Oswin, Henderson, Caurie, Smith), donde los modelos de GAB, BET y Oswin fueron los más adecuados para describir la relación entre el contenido de humedad en base seca, la aw y la temperatura.

El rango de temperatura de almacenamiento del jamón de cerdo cocido (4°C a 12°C) no presentó dependencia frente al contenido de humedad en base seca con relación a la temperatura de evaluación a un nivel de confianza del 95%.

 

REFERENCIAS

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