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Determinación de la humedad relativa crítica
en la cual ocurre la transición vítrea en
confites amorfos utilizando isotermas de
sorción
Frantz-Lairy Obas
Escuela Agrícola Panamericana, Zamorano
Honduras Noviembre, 2017
i
ZAMORANO
CARRERA DE AGROINDUSTRIA ALIMENTARIA
Determinación de la humedad relativa crítica
en la cual ocurre la transición vítrea en
confites amorfos utilizando isotermas de
sorción
Proyecto especial de graduación presentado como requisito parcial para optar
al título de Ingeniero en Agroindustria Alimentaria en el
Grado Académico de Licenciatura
Presentado por
Frantz-Lairy Obas
Zamorano, Honduras Noviembre, 2017
iii
Determinación de la humedad relativa crítica en la cual ocurre la transición vítrea
en confites amorfos utilizando isotermas de sorción
Frantz-Lairy Obas
Resumen. La temperatura de transición vítrea es usualmente determinada por medio de
métodos térmicos en los cuales se mantiene constante la humedad y se escanea la
temperatura durante un periodo de tiempo. Las isotermas de sorción proveen información
acerca de las características físicas y químicas de los alimentos durante el periodo de
sorción. Las isotermas elaboradas a partir del método de punto de rocío presentan curvas
de alta resolución en las cuales el punto de inflexión es asociado a la temperatura de
transición vítrea. El objetivo principal de este estudio fue determinar cómo la temperatura
de procesamiento y formulación afectan la transición vítrea y determinar la humedad
relativa crítica para Jolly Rancher, Dumdums, confite duro y confite suave. La temperatura
de transición vítrea del confite duro calentado a 150 °C se encontró mayor que la del confite
suave calentado a 135 °C (P< 0.05). Los confites que contienen más sirope de maíz en su
formulación tienen baja temperatura de transición vítrea debido a la presencia de azúcares
simples en el sirope de maíz. La humedad relativa crítica para el Dumdums y el confite duro
fue de 52.5 y 50.5% respectivamente. Para el Jolly Rancher se encontró una humedad
relativa de flujo de 51%, debido a la recristalización del azúcar no se pudo determinar una
humedad relativa crítica para el confite suave. Por consiguiente, la temperatura de transición
vítrea de los confites depende de su perfil de sacáridos y su temperatura de procesamiento.
Palabras clave: Punto de rocío, recristalización, sirope de maíz.
Abstract. The glass transition temperature is usually determined by using thermal
techniques that keep moisture constant while temperature is scanned for a period of time.
Moisture sorption isotherms generate valuable information about physical and chemical
characteristics of foods as they absorb water. Dynamic dewpoint isotherms provide high
resolution curves which exhibit inflection point related to the glass transition. The main
objective of this study was to determine how thermal processing temperature and
formulation affect glass transition of amorphous candies, and determine the critical relative
humidity for Jolly rancher, Dumdums, soft crack and hard crack. Glass transition of hard
crack heated to 150 °C, was found to be higher than that of soft crack heated to 135 °C
(P<0.05). Candies that contain more corn syrup in their composition tend to have low glass
transition due to the amount of simple sugars in the corn syrup. The critical relative
humidity (Rhc) for Dumdums and Hard crack was 52.5 and 50.5% respectively. A critical
relative humidity for flow (Rhf) of 51% was obtained for the Jolly Rancher, due to sucrose
recrystallization no evidence of Rhc was noticed for soft crack. Therefore, the glass
transition temperature of candies depends on their saccharide profile and their thermal
processing temperature.
Key words: Corn syrup, dewpoint, recrystallization.
iv
CONTENIDO
Portadilla ............................................................................................................. i
Página de firmas ................................................................................................ ii
Resumen .............................................................................................................. iii
Contenido ........................................................................................................... iv
Índice de Cuadros y Figuras ............................................................................... v
1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 1
2. MATERIALES Y MÉTODOS .......................................................................... 3
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ........................................................................ 7
4. CONCLUSIONES .............................................................................................. 26
5. RECOMENDACIONES .................................................................................... 27
6. LITERATURA CITADA ................................................................................... 28
v
ÍNDICE DE CUADROS Y FIGURAS
Cuadros Página
1. Porcentaje de humedad y actividad de agua de los confites. ............................... 7
2. Temperatura de transición vítrea de edulcorantes (seco) usados en en la
industria de confites. ............................................................................................ 9
3. Lista de ingredientes para del Jolly Rancher y Dumdums.
Adaptado por el autor. ......................................................................................... 11
4. Promedio de la temperatura de transición vítrea (Tg) de las muestras. ............... 13
5. Parámetros del modelo BET y criterios estadísticos para cada
confite evaluado. .................................................................................................. 19
6. Parámetros del modelo GAB y criterios estadísticos para cada
confite evaluado ................................................................................................... 23
7. Parámetros del modelo Decagon y criterios estadísticos para
cada confite evaluado. ......................................................................................... 24
8. Resultados£ del análisis sensorial de aceptación. ................................................ 25
Figuras Página
1. Termograma del Jolly Rancher obtenida en el DSC ........................................... 10
2. Termograma del Dumdums obtenida en el DSC. ................................................ 12
3. Termograma del modelo135 obtenida en el DSC. .............................................. 14
4. Termograma del modelo 150 obtenida en el DSC. ............................................. 14
5. Isoterma de sorción del Jolly Rancher a 25 °C y flujo de 100 ml/min. ............... 16
6. Comparación del Jolly Rancher antes (0.28 aw) (A) y después del
proceso de sorción (0.75 aw) (B) ......................................................................... 17
7. Isoterma de sorción del Dumdums a 25 °C y flujo de 100 ml/min. .................... 18
8. Comparación del Dumdums antes (0.23 aw) (A) y después del proceso de
sorción (0.75 aw) (B). ........................................................................................... 19
9. Isoterma de sorción del modelo135 a 25 °C y flujo 100ml/min.......................... 21
10. Comparación del Modelo135 antes (A) y después del proceso de sorción
(0.75 aw) (B). ....................................................................................................... 22
11. Isoterma de sorción del modelo150 a 25 °C y flujo 100 ml/min......................... 23
12. Comparación del modelo150 antes (0.29 aw) (A) y después del proceso de
sorción (0.75 aw) (B). ........................................................................................... 24
1
1. INTRODUCCIÓN
Generalmente el agua representa un componente crítico en casi todos los alimentos, su
disponibilidad y su estado físico influyen en las propiedades físicas, la estabilidad química
y las características sensoriales de los alimentos (Schmidt 2004). La actividad de agua (aw)
es el concepto más utilizado para monitorear y predecir la estabilidad de los alimentos
(Ramírez 2016). La actividad de agua es derivada de los principios fisicoquímicos y
termodinámicos y se define como la razón de la presión parcial de vapor del agua (P) de un
alimento sobre la presión del agua pura (Po ) a una temperatura dada (Saltmarch y Labuza
1980).
Este concepto fue introducido de forma detallada por Lewis y Randell en 1923, desde
entonces es muy utilizado en las ciencias de los alimentos para predecir la transferencia de
humedad en los alimentos, desarrollo de nuevos productos, controlar procesos y determinar
vida anaquel. Un mapa de estabilidad puede predecir qué tipo de reacción (química,
bioquímica, física, crecimiento microbiano o producción de toxina) ocurrirá en un alimento
basándose en su composición y su mecanismo de sorción de agua (Schmidt 2004).
Una isoterma de sorción representa la relación entre la actividad de agua (o humedad
relativa) y el contenido de humedad a la misma temperatura y presión atmosférica (Penner
y Schmidt 2013). Existen dos métodos para elaborar isotermas de sorción, los métodos
estáticos y los dinámicos (Carter et al. 2015). Los métodos estáticos consisten en colocar
una muestra en un ambiente con cierta humedad relativa, la cual gana o pierde peso hasta
que alcance el equilibrio con este ambiente (peso constante) (Li 2010). Existen dos métodos
principales para elaborar isotermas estáticas, el método estándar usando soluciones de sales
saturadas y el método instrumental usando equipo generador de humedad (Penner y
Schmidt 2013).
El método de sales saturadas es muy popular por su bajo costo y facilidad de uso, sin
embargo, presenta algunas desventajas por su alta duración para alcanzar el equilibrio,
dificultad de obtener datos exactos debido al protocolo de mover y colocar las muestras a
distinto ambiente y problemas de crecimiento de mohos en las muestras a alto contenido de
humedad. Los problemas generados por las soluciones de sales saturadas se solucionaron
con el uso de instrumentos sofisticados. Los instrumentos generadores de humedad poseen
microbalanza ultrasensible y son capaces de generar cualquier humedad relativa o serie de
humedad relativa usando una mezcla de aire seco y aire saturado (Li 2010). Esta técnica
permite generar isoterma en un corto periodo de tiempo y reduce la manipulación de las
muestras en comparación al método de sales saturadas. Instrumentos disponibles
comercialmente incluyen, AquaSorp, IGAsorp y DVS (Penner y Schmidt 2013).
2
Los métodos dinámicos miden directamente la actividad de agua sin necesidad de alcanzar
el equilibrio a una actividad de agua preestablecida. El método dinámico basado en el punto
de rocío (DDI) provee datos de alta resolución que permiten observar cambios bruscos en
la isoterma de sorción inducidos por el cambio en la matriz del producto al absorber
humedad (Carter et al. 2015).
El punto de inflexión de la curva de sorción ha sido utilizado para determinar la humedad
relativa crítica que induce la transición vítrea en polidextrosa (Yuan et al. 2011). La
transición vítrea es un cambio reversible de un material que pasa del estado sólido vítreo al
estado líquido gomoso al cambiar su temperatura o su contenido de humedad (Saavedra-
Leos et al. 2012). La temperatura de transición vítrea (Tg) de carbohidratos de bajo peso
molecular como glucosa, fructosa y sacarosa ha sido estudiada como factor crítico para
predecir la estabilidad de productos altos en azúcares como los confites y caramelos
(Saavedra-Leos et al. 2012). Los métodos térmicos como la calorimetría diferencial de
barrido (DSC) son muy utilizados para determinar la temperatura de transición vítrea, sin
embargo, son de baja sensibilidad y otros cambios térmicos como gelatinización o
desnaturalización de proteínas pueden ocultar esta transición (Li y Schmidt 2011).
Estudios recientes han demostrado que la humedad relativa crítica obtenida a una
temperatura constante usando instrumentos generadores de isotermas es útil para
determinar la Tg de muchos alimentos. Ubbink et al. (2007) reportaron una alta correlación
(R2=0.95) entre la actividad de agua crítica (aw) en la cual Tg es de 25 °C (temperatura
experimental de la isoterma) y la Tg obtenida del análisis térmico (DSC) para una mezcla
de maltopolímero y maltosa. Los compuestos amorfos de bajo peso molecular como los
azúcares tienen una Tg muy bajo por lo que son susceptibles a cambiar de una fase
metaestable a una menos estable en condiciones normales de almacenamiento (Carter y
Schmidt 2012). Los confites duros tienen estructuras amorfas que se puede formar al
someter el producto a una temperatura debajo del punto de fusión o por una rápida
evaporación del agua que contiene (Mosquera et al. 2015). La interdependencia de la Tg y
la actividad de agua hace que un abuso de temperatura y de humedad pueden provocar una
transición vítrea en un alimento amorfo. En alimento amorfo rico en azúcares como confite
o caramelo almacenado en condiciones ambientales, un aumento de la humedad relativa por
encima de la humedad relativa crítica puede resultar en una pérdida de estructura, y
pegajosidad lo que afecta su calidad (Saavedra-Leos et al. 2012). Se ha identificado muy
pocos estudios tratando de determinar la transición vítrea en alimentos complejos a partir
de isotermas de sorción. Por lo mencionado anteriormente, este estudio se realizó para
cumplir con los siguientes objetivos:
• Determinar el mecanismo de sorción de cuatro confites amorfos.
• Determinar cómo la temperatura de procesamiento y formulación afectan la
temperatura de transición vítrea de confites amorfos.
• Determinar relación entre humedad relativa crítica y temperatura de transición vítrea.
3
2. MATERIALES Y MÉTODOS
Parte I.
Se realizaron los siguientes experimentos: Medición de humedad y actividad de agua,
elaboración de isotermas de sorción y determinación de temperatura de transición vítrea en
el laboratorio de Ciencias de las materias alimenticias del Departamento de Ciencias de los
Alimentos y Nutrición (FSHN) en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, Estados-
Unidos.
Muestras.
Para llevar a cabo este experimento se utilizaron cuatro tipos de confites amorfos. Los
primeros dos son confites comerciales (Jolly Rancher y Dumdums Lollipop) adquiridos en
el supermercado Walmart. Los otros dos fueron elaborados en el laboratorio de análisis
sensorial del FSHN.
Elaboración de los modelos de confites.
Los modelos representan un simulacro de la elaboración de los confites a nivel industrial,
fueron elaborados para predecir el comportamiento los confites comerciales. Los modelos
de confites amorfos se elaboraron a partir de una mezcla conteniendo 70% de sólidos y 30%
humedad. La composición del producto final fue 49% sacarosa, 21% sirope de maíz y 30%
de humedad incluyendo la humedad que aporta el sirope de maíz. Una vez agregados todos
los ingredientes se realizó la cocción de la mezcla, cuando la temperatura alcanzó 135 °C
se sacó la primera muestra (M135) (textura suave), se siguió el proceso de cocción hasta
150 °C para la segunda muestra (M150) (textura dura). Una vez alcanzada la temperatura
deseada las muestras se colocaron en bandejas de metales y se enfriaron rápidamente con
Nitrógeno líquido a una temperatura entre -330 ±10 °F para acelerar la formación de la
matriz amorfa. Después del enfriamiento se recolectaron las muestras y se las almacenaron
en recipiente de vidrio a temperatura ambiente previo a sus análisis.
Diseño experimental. Para la elaboración de las isotermas se usó un diseño completamente
al azar, cada isoterma se determinó por duplicado. El coeficiente de determinación se utilizó
para determinar el ajuste de las isotermas a los modelos matemáticos, GAB (Guggenheim,
Anderson y de Boer), BET (Brunauer-Emmet-Teller) y el modelo polinomial (DLP) cuyas
ecuaciones son respectivamente:
𝑚 =𝑚𝑜𝐾𝑏𝐶1𝑎𝑤
[(1−𝐾𝑏𝑎𝑤)(1−𝐾𝑏𝑎𝑤+𝐶1𝐾𝑏𝑎𝑤)] [1]
4
Dónde:
m= contenido de humedad de la muestra (g/100 g de solidos)
Kb= es un constante en un rango de 0.700 a 1
C1 = es un constante en el rango de 1 a 2000
mo = contenido de humedad en la monocapa en la misma unidad que m
aw = actividad de agua al contenido de humedad m.
𝑚 =aw 𝑚𝑜 𝑐
(1−𝑎𝑤)[1+𝑎𝑤(𝑐−1)] [2]
Dónde:
m = Contenido de humedad por gramo de sólidos para la actividad de agua aw.
mo = Es el contenido de humedad en la monocapa en la misma unidad que m-
c = es un constante calculado por c=e^(∆H/RT) dónde ∆H representa el cambio de energía
en la superficie, R es el constante de gases ideales y T es la temperatura en Kelvin.
𝑚 = 𝐴𝑥3 + 𝐵𝑥2 + 𝐶𝑥 + 𝐷 [3]
Dónde:
m = contenido de humedad de la muestra (g/100g sólidos), x =ln (-ln (aw)) y A, B, C, D
son constantes empíricos.
El ajuste los modelos se determinó mediante el coeficiente de determinación dónde R2> 0.8
representa un buen ajuste.
Caracterización de los confites.
Actividad de agua. La actividad de agua de las cuatro muestras fue determinada usando el
instrumento Aqualab Series 4TE (Decagon Devices, Inc. Pullman, WA). Previo al análisis
las muestras fueron trituradas en un mortero para reducir el área superficial y acelerar el
proceso de sorción. Una cantidad de muestra suficiente para cubrir el fondo del recipiente
(± 30 g) fue usado en la medición. La actividad de agua de todas las muestras fue
determinada por triplicado a 25 °C ± 0.1.
Humedad. El contenido de humedad se determinó por pérdida de peso en un horno al vacío
a 60 °C por 24 h siguiendo el método de la AOAC 934.01 (AOAC 2006). El contenido de
humedad se determinó por triplicado para cada muestra y corresponde a la cantidad de agua
perdida por la evaporación. Se calculó mediante la siguiente ecuación:
Humedad (%) =𝑚2−𝑚3
𝑚2−𝑚1× 100 [4]
Dónde:
m1: Peso del crisol.
m2: Peso del crisol más la muestra húmeda
m3: Peso del crisol más la muestra seca
5
Determinación de la transición vítrea.
Las temperaturas de transición vítrea de las muestras se determinaron usando Calorimetría
Diferencial de Barrido (DSC Q2000, TA Instruments) equipado de un sistema de
enfriamiento por TA Instruments. Se usó nitrógeno seco a un flujo de 50 ml/min como gas
purga, la temperatura y la entalpía se calibraron usando Indio, y la capacidad calórica
usando zafiro. Muestras de 10 mg se usaron para los análisis, las siguientes se enfriaron
rápidamente a -40 °C y escaneadas hasta 95 °C usando una tasa de calentamiento de 5
°C/min (Yuan et al. 2011). Análisis por duplicado se realizó para cada muestra de confite,
el método de altura media fue usado para determinar el inicio, el punto medio y el final de
la temperatura de transición vítrea (Tg) y el cambio de calor especifico (∆Cp) (Universal
Analysis Software, Versión 4.5A, TA Instrument, New Castle, DE).
Elaboración de las isotermas.
Para elaborar las isotermas dinámicas de sorción de agua (DDI) se utilizó el equipo
“AquaSorp isotherms Generator”. El instrumento fue calibrado usando soluciones salinas
de Sodio y Litio con una concentración de 6.0 y 13.41 molal respectivamente. Para este
experimento soluciones de NaCl con aw de 0.760 aw y de LiCl con aw de 0.250 aw fueron
usadas. El balance magnético del equipo fue calibrado usando un peso estándar trazable de
2 g obtenido del Instituto Nacional de Estándares y Tecnologías (NIRS). Para todas las
muestras las isotermas se elaboraron por duplicado a 25 °C y una tasa de flujo de 100 ml/s.
Las muestras se colocaron en el fondo de una copa de acero inoxidable de 1.87 cm de radio
interno y 0.973 cm altura interna para ser colocas en la cámara del instrumento. Las
isotermas se elaboraron usando el método de punto de Rocío dinámico (DDI). En este
método aire saturado es bombeado a través de la muestra, la siguiente absorbe agua,
después de un período de tiempo el flujo de aire se para y se miden la actividad de agua y
el contenido de humedad de la muestra (Li 2010).
Determinación de humedad relativa crítica.
La humedad relativa crítica se determinó usando extrapolación lineal. Este método
consistió en la intersección de las porciones lineales extrapoladas antes y después del punto
crítico. Dado que la transición vítrea es la transición entre adsorción a la superficie y
absorción en la matriz (“bulk absorption”), el contenido de humedad marginal será usado
para dividir la isoterma en dos porciones antes y después del punto crítico. El contenido de
humedad marginal se define como la diferencia entre dos contenidos de humedad
consecutivos. Un cambio en actividad de agua mayor a ±0.005 (exactitud del AquaSorp) se
usó para determinar los datos a incluir en la extrapolación lineal (Schmidt y Joo 2012).
6
Parte II. La segunda parte de estudio consistió en el análisis sensorial de los confites Jolly Rancher
y Dumdums. El análisis sensorial se realizó en el laboratorio de evaluación sensorial de la
Escuela Agrícola Panamericana.
Muestras. Las muestras de confites (Dumdums y Jolly Rancher) se adquirieron en supermercado en
Estados-Unidos y se trajeron a Honduras para el estudio.
Análisis sensorial. Para la evaluación sensorial se usaron los siguientes materiales: cuchillos, platos
desechables, boletas impresas, galletas soda, los confites, y agua. Se realizó una prueba de
aceptación usando una escala hedónica de 1 al 9, siendo 1 me disgusta, 5 estoy indiferente
y 9 me gusta mucho, para cuantificar el nivel de aceptación de los atributos dureza, textura,
velocidad de disolución, dulzura y pegajosidad de cada uno de los confites. Se sirvieron las
muestras codificadas con las letras A y B y se les pidió a los panelistas que evaluaron de
forma independiente cada una. Se usó un diseño de bloques completos al azar con tres
repeticiones con 36 panelistas (no capacitados) por bloques. Se realizó un análisis de
varianza ANDEVA con el Modelo Lineal General (GLM) y separación de medias Tukey
(P < 0.05) para evaluar cada atributo. El programa Sistema de Análisis Estadístico (SAS
9.4) se utilizó para analizar los datos.
7
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización de las muestras.
Contenido de humedad. El contenido de humedad es un parámetro crítico en la
manufactura de confites duros y amorfos, éste define la textura del producto final (Ergun et
al. 2010). De los confites evaluados, el de textura suave tuvo el mayor contenido de
humedad (P<0.05) (Cuadro 1). El bajo porcentaje de humedad (<5%) confirmó que los
confites evaluados en este estudio se encontraron dentro la categoría de confites duros
(Ergun et al. 2010).
Actividad de agua. El confite de textura suave (soft crack) tuvo la mayor actividad de agua,
el Jolly Rancher y el de textura dura (hard crack) presentaron valores estadísticamente
iguales de actividad de agua y el Dumdums tuvo el valor más bajo (P<0.05) (Cuadro 1). La
actividad de agua de los confites se encontró debajo de la actividad de agua crítica para
crecimiento de microorganismo (0.6 aw) por lo tanto el crecimiento microbiano no fue un
factor capaz de alterar la vida anaquel de esos productos (Li 2010). Sin embargo, los
confites pueden perder su vida útil debido a una pérdida o un aumento en el contenido de
humedad, dado que la actividad de agua es la fuerza impulsadora que permite la
transferencia de humedad, por lo tanto, determinar y monitorear la actividad de agua es muy
importante para mantener la estabilidad en anaquel y la vida útil de los confites (Ergun et
al. 2010).
Cuadro 1. Porcentaje de humedad y actividad de agua de los confites.
Muestras Humedad
(Media ± DE§)
Actividad de agua
(Media ± DE)
Soft crack 4.87 ± 0.08a 0.30 ± 0.001a
Jolly Rancher 2.52 ± 0.93b 0.27 ± 0.007b
Hard crack 3.00 ± 0.01b 0.29 ± 0.010ab
Dumdums 0.73 ± 0.25c 0.23 ± 0.001c
CV ¥(%) 18.94 2.73
DE: Desviación estándar.
CV: Coeficiente de variación. a-c Valores seguidos por la misma letra en la misma columna no son diferentes
estadísticamente (P<0.05)
8
Determinación de la temperatura de transición vítrea.
Jolly Rancher. En la elaboración de confites, un sirope de maíz con equivalente de dextrosa
(DE) 42 es generalmente usado para inhibir la cristalización de la sacarosa. Dado que el
sirope de maíz es un polímero de oligosacáridos, su grado de polimerización y su
polidispersidad influencian considerablemente su perfil térmico, de igual forma el perfil
térmico de los productos elaborados a partir de él. Gabarra y Hartel (1998) reportaron
diferentes puntos medios de temperatura de transición vítrea para sirope de maíz con 42 DE
basando en el peso molecular promedio en número (Mn). La temperatura de transición
vítrea de mezclas amorfas elaboradas a partir de sirope de maíz y azúcar presenta una
relación inversa con el equivalente de dextrosa del sirope de maíz usado en la elaboración
(Levenson y Hartel 2005). El amplio rango de temperatura de transición vítrea del Jolly
Rancher se debe a la alta concentración de sacáridos ramificados presentes en el sirope de
maíz. Este patrón se observó en los resultados de Gabarra y Hartel 1998, los siropes de maíz
que tuvieron la mayor concentración de sacáridos ramificados presentaron Tg más baja.
Los polímeros ramificados tienen una Tg menor que los lineales para un mismo peso
molecular, debido al incremento de volumen libre y movilidad generados por las
ramificaciones (Meares 1965). Las cadenas ramificadas del sirope de maíz contribuyeron a
disminuir la Tg del Jolly Rancher a temperatura ambiental y a ampliar el rango de transición
vítrea (temperatura final menos temperatura inicial). La temperatura de transición vítrea de
las mezclas de diferentes azúcares depende de la fracción de peso de cada uno de los
azúcares añadidos, la Tg de cada uno de los azúcares y el contenido de humedad (Ergun et
al. 2010). La Tg de ambos siropes de maíz 20 DE y 42 DE es mayor que la de la sacarosa
por lo tanto mezclas de los dos azúcares deberían tener una Tg entre la del sirope y de la
sacarosa. El hecho que el Jolly Rancher presentó una Tg menor que la de la sacarosa se
debe a cambios ocurridos en el perfil de azúcar de la muestra durante el procesamiento, la
fructosa tiende a polimerizarse en las condiciones de elaboración de confites duros
(Sabbagh y Fagerson 1979). Dado que la fructosa tiene una Tg muy baja (Cuadro 2), el
incremento del nivel de fructosa en el confite disminuye la Tg de la matriz.
Por otro lado, el agua es un factor que contribuye a disminuir la temperatura de transición
vítrea del Jolly Rancher. El agua es uno de los plastificantes con peso molecular más bajo
y con una Tg extremadamente baja (Roos 1995). La transición vítrea es el resultado de la
plastificación de los sólidos en los alimentos, eso induce cambios drásticos en las
propiedades mecánicas de los alimentos (Li 2010). Estudios realizados por Ellis (1988)
encontraron que el incremento del contenido de humedad de poliamidas de 1% puede
reducir su Tg de 15-20 °C. La eficiencia del agua como plastificante se basa en su afinidad
por otros compuestos y su habilidad de formar mezcla homogénea sin separación de fase
(Li 2010). Entonces, el contenido de agua en el Jolly Rancher es un factor crítico que
contribuye a disminuir su Tg a temperatura ambiental.
9
Cuadro 2. Temperatura de transición vítrea de edulcorantes (seco) usados en en la industria
de confites.
Compuesto Tg °C
Fructosa 5
Glucosa 31
Lactosa 101
Maltosa 87
Sacarosa 62-70
Rafinosa 70
Sorbitol -9
Xylitol -29
Maltitol 39
Isomaltosa 63.6
42 DE sirope de maíz 79
20 DE sirope de maíz 139
Polidextrosa 90.8
Fuente : Ergun et al. 2010. Adaptado por el autor.
La temperatura de transición vítrea fue determinada usando DSC en las muestras de Jolly
Rancher tal como vinieron del supermercado. El Jolly Rancher presentó una baja
temperatura de transición vítrea. El inicio, el punto medio y el final de la transición
ocurrieron a 10.88 °C ± 2.54, 23.88 °C ± 0.55 y 36.90 °C ± 2.06 (Figura 1). En la literatura
se reportó que los alimentos compuestos de carbohidratos de bajo peso molecular como
fructosa, glucosa y sacarosa tienen baja temperatura de transición vítrea (Saavedra-Leos et
al., 2012), eso explica la baja temperatura de transición vítrea del Jolly Rancher compuesto
de 98% de sirope de maíz y azúcar. Sin embargo, el Jolly Rancher presentó un amplio rango
de transición vítrea (ΔTg = 28.34 °C) eso se debe a la presencia del ingrediente primario,
sirope de maíz (Gabarra y Hartel 1998).
10
Figura 1. Termograma del Jolly Rancher obtenida en el DSC
Dumdums. De las muestras analizadas, el Dumdums presentó temperaturas de transición
vítrea más altas (Cuadro 3). La alta Tg del Dumdums la hace más estable que las demás
muestras utilizadas en este experimento. Los productos que tienen Tg cerca de la
temperatura ambiental son menos estables (Nowakowski y Hartel 2002). El contenido de
humedad es un factor que afecta mucho la temperatura de transición vítrea de un material,
el agua puede actuar como plastificante y contribuye a reducir la Tg del material. Yuan et
al. (2011) reportaron Tg de 62.2 °C ± 0.56, 35.9 °C ± 0.07 y 9.6 °C ± 0.21 para muestras
de polidextrosa con 11.3% RH, 38.2% RH y 52.9%RH respectivamente. El bajo contenido
de humedad del Dumdums 0.73% ± 0.26 es responsable de su alta temperatura de transición
vítrea. En este mismo ámbito Roos (1995) reportó una disminución en la temperatura de
transición vítrea con el incremento del contenido de humedad en carbohidratos amorfos.
Roos y Karel (1992) también determinaron una relación lineal inversa entre la temperatura
de transición vítrea y la actividad de agua de mezcla binaria de maltodextrina y azúcar a
diferentes concentraciones.
Desde el punto de vista de la transición vítrea los confites analizados en este estudio se
pueden considerar como sistemas binarios dado que los componentes que tienen un efecto
en sus Tg son el azúcar, y el sirope de maíz o maltodextrina que se usa en la formulación.
Los ingredientes usados en la elaboración del Dumdums son similares a los que se usan en
el Jolly Rancher, pero el Dumdums tiene una mayor proporción de azúcar en su formulación
(Cuadro 3). La temperatura de transición de matrices compuestos de polisacáridos y
azucares depende no solamente del tipo de carbohidrato presente sino también de sus
propiedades. Por ejemplo, mezclas binarias de maltodextrinas y azúcares en distintas
proporciones presentaron incremento lineal de la Tg con el incremento del peso molecular
11
de las maltodextrinas (Roos y Karel 1991). Entonces la alta Tg del Dumdums (Figura 2),
en comparación al Jolly Rancher se debe a la presencia de oligopolímero de alto peso
molecular en el sirope de maíz utilizado. El perfil de carbohidratos es el factor que más
influye en la Tg de las matrices de confites amorfos (Sadeghi et al. 2016).
Los Dumdums tienen más azúcar que sirope de maíz en su formulación, son duros,
crujientes y se deforman fácilmente en la boca. En cambio, los Jolly Rancher tienen más
sirope de maíz que azúcar y se deforman difícilmente a la fuerza de mordida. Esta diferencia
en la dureza y la textura crujiente se debe a esta variación de la composición que se ve
refleja en la temperatura de transición vítrea. Básicamente confites duros con alta Tg son
más estables a la absorción de humedad y pérdida de sabor, pero son más quebradizos
(Hartel y Hartel 2014). Eso explica porque el Jolly Rancher es tan difícil de quebrar con los
dientes, tiene una Tg muy baja. Sin embargo, la Tg también influencia la liberación de sabor
que incrementa con valores más bajos de Tg. Esto explica el sabor fuerte del Jolly Rancher.
El caso del Jolly Rancher y del Dumdums representa un buen ejemplo para ver cómo un
solo cambio en el proceso (formulación) afecta las características fisicoquímicas y
sensoriales del producto.
Cuadro 3. Lista de ingredientes para del Jolly Rancher y Dumdums. Adaptado por el autor.
Ingredientes Jolly Rancher Dumdums
Sirope de maíz X X
Azúcar X X
Ácido málico X X
Colorante artificial X X
Aceite mineral X
Ácido cítrico
X
Lecitina X
Saborizante artificial X X
En la Figura 2 se puede notar que la transición vítrea del Dumdums se ve interceptada por
un pico relacionado con la entalpía de relajación. La entalpía de relajación es un fenómeno
que se presenta en el estado vítreo debido al rearreglamiento de las moléculas en un estado
más estable para minimizar su energía libre. (Yuan et al. 2011).
12
Figura 2. Termograma del Dumdums obtenida en el DSC.
Modelo135 y Modelo150.
Los modelos 135 y 150 fueron elaborados a partir de la misma formulación, pero difieren
en su temperatura final de cocción, la cual fue de 135 °C y 150 °C, respectivamente. La
temperatura de transición vítrea del modelo cocido a 135 °C fue similar a la del Jolly
Rancher teniendo una Tg media de 24.4048 ± 1.29 °C (Figura 3). De las cuatro muestras de
confites evaluadas el modelo135 tuvo el contenido de humedad más alto.
El agua es el plastificante principal de carbohidratos amorfos y otros sistemas biológicos, a
baja concentración disminuye significativamente los valores de Tg (Roos 1995). Roos y
Karel (1991) estudiaron el efecto plastificante del agua sobre la temperatura de transición
vítrea de mezclas de polisacáridos amorfos y azúcares, encontraron una relación lineal entre
la Tg y la actividad de agua sobre un rango de 0.11 a 0.85 aw. Esta relación explica la baja
Tg del modelo 135. Éste modelo tuvo relativamente el valor más alto de actividad de agua
de las muestras evaluadas. El agua interactúa con los grupos hidrofílicos en la matriz, el
efecto plastificante del agua resulta en el incremento del volumen libre y movimiento
molecular (Slade y Levine 1995). Cuando se trata de matrices de carbohidratos la Tg es un
parámetro muy dependiente de la composición, Gordon y Taylor (1952), encontraron que
la Tg de matrices binarias entre solventes y sólidos amorfos depende de la Tg de cada
componente y de la fracción del peso de cada uno. Como el agua pura tiene una Tg
experimental de -135 °C (Johari et al. 1987), entre más agua presente en un sistema más la
Tg del sistema se acerca a la del agua.
El modelo150 tuvo temperatura de transición vítrea superior al del modelo135 (Cuadro 4).
Los dos modelos están compuestos de los mismos ingredientes por lo tanto la temperatura
final de cocción fue el factor responsable de la alta Tg de este modelo en comparación al
13
modelo135. La temperatura de cocción es un parámetro muy importante en la elaboración
de confites porque permite controlar la viscosidad del producto, entre más alta es la
temperatura mayor es la viscosidad y menor es el contenido de agua (Hartel y Hartel 2014).
Por lo tanto, la diferencia entre el contenido de humedad del modelo135 (4.87% ± 0.11) y
del modelo150 (3.00 ± 0.01) se debe a la temperatura de cocción.
Las termogramas de DSC de ambos modelos presentan el mismo patrón, la única diferencia
es el cambio de calor específico asociado con la Tg ocurre a diferente temperatura (Figura
3 y 4). La baja Tg del modelo135 la hace menos estable a temperatura ambiente, el modelo
es formado a partir de una solución supersaturada por lo tanto la sacarosa es susceptible de
cristalizarse. La nucleación en el estado vítreo es determinada por la diferencia entre la
temperatura de almacenamiento y la Tg (T-Tg) (Levenson y Hartel 2005).
Cuadro 4. Promedio de la temperatura de transición vítrea (Tg) de las muestras.
a-dValores seguidos de letras diferentes en la misma columna son diferentes
estadísticamente (P<0.05).
Cp: Calor específico.
Las termogramas del confite de textura suave (modelo135) y el de textura dura (modelo150)
presentadas en las Figuras 3 y 4 permiten determinar la temperatura de transición vítrea de
cada uno de los confites. El calor absorbido por las muestras es integrado con respecto a la
temperatura para determinar la Tg la cual se identifica con el cambio en el calor específico
representado en la termograma por el fondo del valle.
Muestra Tg °C (inicio) Tg °C (medio) Tg °C (final)
Jolly Rancher 10.880 ± 2.54a 23.880 ± 0.55a 36.900 ± 2.06ª
Modelo 135 19.264 ± 1.33b 24.408 ± 1.29b 29.552 ± 2.23b
Modelo150 36.930 ± 0.42c 38.735 ± 0.31c 40.527 ± 0.23c
Dumdums 48.821 ± 0.58d 51.901 ± 0.31d 54.983 ± 0.15d
14
Figura 3. Termograma del modelo135 obtenida en el DSC.
Figura 4. Termograma del modelo 150 obtenida en el DSC.
15
Isoterma de sorción del Jolly Rancher
A 25 °C el Jolly Rancher presentó un mecanismo de sorción similar a la mayoría de los
materiales amorfos exhibiendo una isoterma de tipo II con forma sigmoidea. Se puede notar
en la isoterma del Jolly Rancher que una pequeña cantidad de agua es absorbida a baja
actividad de agua, seguido por un incremento significante de agua absorbida cerca de 0.5
aw, finalmente un incremento abrupto de la cantidad de agua absorbida cerca 0.6 aw. Estos
cambios de pendiente en la curva son resultados de cambios en magnitud de efectos
químicos y físicos, i.e la formación multicapas y llenado de poros pequeños en la región
inferior, seguido por expansión, llenado de poros grandes y disolución del soluto en la
región superior (Figura 5) (Ubbink et al. 2007).
Muchos modelos de sorción en multicapas de moléculas pequeñas a la superficie de los
sólidos son usados para predecir la sorción de agua por los alimentos. Estos modelos de
sorción en multicapas combinan dos formas de sorción, la primera constituye la formación
de una monocapa por las moléculas del adsorbato a la superficie del adsorbente (Ubbink et
al. 2007). La segunda consiste en la condensación del adsorbato en multicapas sobre la
monocapa del adsorbato previamente formada cuyas propiedades asemejan a las de un
líquido puro (Ubbink et al. 2007).
El modelo GAB es uno de los más conocidos modelos de sorción, combina el modelo de
sorción de Langmuir y el modelo de condensación en multicapas. La región inicial plana y
de bajo contenido de humedad (Figura 5) es debida a la interacción del agua con la
superficie densa del material en vez de adsorción de una monocapa de agua como la
formación de una monocapa de Langmuir en el modelo BET. En materiales amorfos el agua
superficial es adsorbida por los distintos sitios de fijación de hidrógenos disponibles en la
región capilar (porosa) del denso material (Yuan et al. 2011). Se ajustó la isoterma del Jolly
Rancher a los modelos BET, GAB y DLP, y se determinaron los parámetros de cada
modelo. Para el modelo de BET se obtuvieron C=10000, Mo = 1.604 Kg H2O/100 Kg ss
SEP = 0.1 y R2 = 0.88 (Cuadro 4), el parámetro C está relacionado con el calor de adsorción
de agua en la monocapa, valor alto de C describe una fuerte interacción entre el agua y la
muestra (Guadarrama-Lezama et al. 2014).
El error de predicción estándar (SEP) representa la diferencia entre los valores
experimentales y los valores proyectados por el modelo. Para el modelo BET el SEP de 0.1
significa que el contenido de humedad predecido por el modelo a cualquier actividad de
agua es ± 0.1 del contenido de humedad experimental. Aunque el modelo presenta un buen
ajuste R2 = 0.88, su aplicación en alimentos es limitada porque presenta un buen ajuste
solamente en el rango de 0 a 0.55 aw (Labuza 1984). El modelo GAB presentó muy buen
ajuste para el Jolly Rancher R2 = 0.98, este modelo es el más usado para predecir isoterma
de sorción de los alimentos debido a su aplicabilidad en un amplio rango de actividad de
agua 0-0.95 aw (Lomauro et al. 1985).
16
Figura 5. Isoterma de sorción del Jolly Rancher a 25 °C y flujo de 100 ml/min.
Ambos modelos BET y GAB usan el mismo principio de formación de una monocapa, pero
el modelo GAB tiene mayor versatilidad debido a la introducción de un grado de libertad
adicional, el constante K, está relacionado con el calor de adsorción de la multicapa. Los
parámetros del modelo GAB para el Jolly Rancher son 6.247, 1.779, 1.157 para C, Mo y K
respectivamente. Las diferencias en la magnitud de los parámetros entre los modelos GAB
y BET se deben a las limitaciones del modelo BET que no tiene muy buen ajuste encima
de 0.55 aw. El modelo polinomial de Decagon presentó excelente ajuste (R2 = 0.99 y SEP
= 0.2) en la predicción de la isoterma del Jolly Rancher, éste es un modelo empírico que
genera datos exactos para la mayoría de los alimentos.
La temperatura de transición vítrea representa la temperatura a la cual un material amorfo
pasa de un estado vítreo a un estado gomoso (Yuan et al. 2011). La temperatura de
transición vítrea del Jolly Rancher (23.49 °C ± 0.55) se encontró debajo de la temperatura
de sorción (25 °C) por lo tanto el material estuvo en su estado gomoso durante el proceso
de sorción. Dado que el material absorbió agua en su estado gomo, la pequeña cantidad de
agua absorbida no representa adsorción en la superficie como el caso de las isotermas
normales del tipo II, sino una absorción en la matriz retardada debido a la estructura densa
del Jolly Rancher. El periodo de tiempo en que ocurrió esta absorción retardada es bien
corto (6h) en comparación a todo el periodo de sorción que duró 48h.
17
Para el Jolly Rancher no se aplica el concepto de humedad relativa crítica (Rhc) para Tg
porque ya ocurrió su transición vítrea, por lo tanto, la humedad relativa de 51% que se
determinó con la isoterma representa la humedad que hace que el material pierda su
estructura ´´sólida´´ y empiece a fluir como se puede notar en la Figura 6.
Isoterma de sorción del Dumdums.
La isoterma de sorción del Dumdums (Figura 7) presentó la forma característica de
isotermas de compuestos amorfos altos en azúcares. Se puede ver que igual que el Jolly
Rancher la isoterma del Dumdums presenta una porción dónde una cantidad muy pequeña
de agua es absorbida entre 0.36 y 0.43 aw. Esta porción de la curva representa la fase de
adsorción del agua por el material. La adsorción en la superficie es el mecanismo principal
debajo de la humedad relativa crítica (Li 2010). Hay dos tipos de fuerzas que intervienen
el proceso de adsorción, las interacciones de Van Der Waals, y adsorción por medio de
enlaces químicos (Li 2010). Esto significa que debajo de la actividad crítica el agua no
penetra la matriz del confite sino solo interactúa con la superficie con los sitios hidrofílicos.
Dado que el Dumdums tiene su Tg arriba de la temperatura ambiental, la humedad crítica
representa el límite entre el fenómeno de adsorción y absorción. A medida que las
moléculas de agua se pegan a la superficie las fuerzas de difusión exceden las fuerzas de
los enlaces que están en la superficie y la humedad penetra el material (Barbosa-Cánovas y
Vega-Mercado 1996). La humedad relativa crítica representa el punto de inversión de la
curva de sorción dónde ocurre un cambio en el mecanismo de sorción de adsorción
superficial a absorción dentro de la matriz del producto.
A medida que la muestra absorbe agua su viscosidad disminuye debido al efecto
plastificante del agua (Slade y Levine 1995), el cambio de textura también ha sido
relacionado con la transición vítrea en los alimentos. Nowakowski et al. (2002) encontraron
que la textura y la Tg de matrices compuestas por azúcar y sirope de maíz disminuyeron
con el incremento del contenido de humedad. La humedad relativa crítica de 52.5%
calculada, representa la humedad que disminuye la Tg del Dumdums a la temperatura del
A) B)
Figura 6. Comparación del Jolly Rancher antes (0.28 aw) (A) y después del proceso de
sorción (0.75 aw) (B)
18
experimento. El efecto del agua sobre la Tg ha sido extensivamente estudiado, Roe y
Labuza (2005) estudiaron sistema de trehalosa y agua y encontró que la Tg disminuyó más
de 12 °C con el incremento del contenido de humedad de 0% a 1%. La humedad relativa
crítica es calculada a partir de extrapolación lineal, ésta induce la pérdida de estructura
sólida del alimento. Se puede notar que el hecho que la Tg del Jolly Rancher es más alta
que la del Dumdums se necesita un poco más de humedad para disminuir su Tg a
temperatura ambiental.
Figura 7. Isoterma de sorción del Dumdums a 25 °C y flujo de 100 ml/min.
El Jolly Rancher se disolvió completamente después del proceso de sorción en cambio el
Dumdums presentó una mezcla de agua y sólidos. Dado que el Jolly Rancher se encontró
en estado gomoso cuando se elaboró la isoterma su apariencia al final del proceso de sorción
fue completamente diferente del Dumdums (Figura 8). Esta diferencia entre las dos
muestras después del proceso de sorción se debe al incremento de movimiento molecular y
volumen libre generado por la transición, por lo tanto, el agua puede interactuar de mejor
forma con la matriz.
19
A) B)
Figura 8. Comparación del Dumdums antes (0.23 aw) (A) y después del proceso de sorción
(0.75 aw) (B).
La transición vítrea es un cambio de fase dependiente del tiempo (Schmidt 2004). Debido
a esta característica la humedad relativa crítica calculada en este experimento depende es
única, variando los parámetros del estudio (Temperatura, flujo) se obtendrá un valor
diferente para Rhc. Se ajustó la isoterma del Dumdums a los modelos BET, GAB y DLP.
Los coeficientes del modelo BET fueron de 1029.362, 0.573 y 0.14 para C, Mo y SEP
respectivamente. El parámetro C que está relacionado con el calor de sorción es similar al
del Jolly Rancher, sin embargo, el contenido de humedad en la monocapa fue menor. Este
valor provee informaciones sobre la cantidad de agua fuertemente ligada en sitios
específicos en la superficie de la muestra, usualmente es usado como parámetro de
estabilidad. El modelo GAB por su alto SEP (Cuadro 5) no fue el que se ajustó mejor a los
datos experimentales, por su naturaleza empírica, el modelo Decagon presentó un perfecto
ajuste a los datos empíricos con R2= 0.99 y SEP =0.08.
Cuadro 5. Parámetros del modelo BET y criterios estadísticos para cada confite evaluado.
Muestra C Mo SEP R2
Jolly Rancher 10000 1.604 0.1 0.88
Dumdums 1029.362 0.573 0.14 0.93
Modelo 135°C 10000 3.051 0.44 0.004
Modelo 150°C 10000 1.974 0.08 0.87
C: Parámetro del modelo BET relacionado con el calor de sorción.
Mo: Humedad en la monocapa.
SEP: Error estándar de predicción
20
Isoterma de sorción del modelo135.
La isoterma de sorción del modelo135 presentó un comportamiento diferente de las otras
isotermas. Al inicio del proceso de sorción mostró un incremento del contenido de humedad
con el incremento de la actividad de agua, hasta 0.55. Después de 0.55 presentó un
comportamiento fuera de lo común. Para explicar este comportamiento en primer lugar se
debe enfocar sobre la composición de la muestra. El modelo135 está elaborado a partir de
una solución supersaturada de azúcar y sirope de maíz y con un contenido final de humedad
de 4.87% ± 0.11. Uno de los problemas en la elaboración de confites es la cristalización del
azúcar que es favorecida por la supersaturación de la mezcla (Hartel et al. 2011). Por otro
lado, la Tg medio (24.408 °C ± 1.29) del modelo135 fue prácticamente similar a la
temperatura del experimento (25 °C), por lo tanto, el movimiento molecular en la muestra
no fue nulo. Desde un punto vista cinético, se necesita cierto grado de movilidad para que
las moléculas de sacarosa se puedan migrar para formar la estructura cristalina, dado que a
temperatura de almacenamiento menor al Tg el movimiento molecular es casi nulo y la
cristalización es inhibida (Hartel et al. 2008).
Lo contrario sucedió con el modelo135, su baja Tg y su alto contenido de humedad
promovieron la cristalización en la muestra. Al inicio del proceso de sorción el contenido
de humedad de la muestra aumentó porque todavía seguía en su estado amorfo, pero al
absorber humedad debido al efecto plastificante del agua el movimiento molecular aumentó
considerablemente, al mismo tiempo el volumen libre creó las condiciones para que la
sacarosa se cristalice. En la cristalización, las moléculas de sacarosa se juntan todas en una
estructura ordenada y expulsan el agua previamente absorbida por la muestra. Esta
expulsión de agua se ve reflejada en el descenso del contenido de humedad en la isoterma
(Figura 9).
21
Figura 9. Isoterma de sorción del modelo135 a 25 °C y flujo 100ml/min.
El contenido de humedad de la muestra disminuyó porque la formación de cristales redujo
la tasa de difusión de vapor de agua, por lo tanto, el agua superficial se evapora debido a
que no está ligada a solutos, y la tasa de evaporación supera a la tasa de difusión por la
matriz cristalina. Este fenómeno de cristalización es el resultado de la apariencia seca de la
muestra después del proceso de sorción (Figura 10). Los parámetros del modelo GAB para
el modelo135 son (C= 10000, Mo=3.582, K=0.721), el parámetro C describe la fuerza con
la cual el agua está ligada a la monocapa, por lo tanto, el agua es fuertemente ligada en la
monocapa de este modelo. La monocapa representa el contenido de humedad con el cual la
muestra no se deteriora. El valor de K describe el grado de entropía de la muestra, este
modelo tuvo un valor bajo para K. El valor de este parámetro refuerza la hipótesis de
cristalización, dado que la fase cristalina es una fase de equilibrio en dónde las moléculas
están organizadas según un patrón definido, su entropía es baja (Schmidt 2004). Esta baja
entropía se ve reflejada en el bajo valor del parámetro K para el modelo135 en comparación
a las demás muestras, el bajo valor de K entonces indica que sí hubo por lo menos
nucleación en el modelo135 durante el periodo de sorción. Por lo anterior, no fue posible
determinar una humedad relativa para el modleo135. Ninguno de los modelos teóricos de
sorción fueron adecuados para predecir el comportamiento de este modelo, lo que refleja
sus limitaciones cuando otros eventos ocurren durante el periodo de sorción.
22
Isoterma de sorción del modelo150.
La isoterma del modelo150 presentó un comportamiento similar a la del Jolly Rancher con
un mecanismo de sorción de tipo II. A baja actividad de agua, una muy pequeña cantidad
de agua es absorbida por la muestra, cerca de 0.47 se nota un cambio en la pendiente de la
isoterma y mucha más agua es absorbida a alta actividad de agua (Figura 11). A baja
actividad de agua el mecanismo de adsorción domina el proceso de sorción en dónde las
moléculas de agua no logran penetrar la matriz de la muestra, interactúan solamente con los
grupos polares que se encuentran en la superficie (Li 2010). Los cambios mínimos en del
contenido de humedad en la región inferior de la isoterma se debe al llenado de los poros
pequeños en esta región; en la región superior ocurre expansión y llenado de los poros
grandes por eso la isoterma tiene una pendiente más abrupta en esta región (Ubbink et al.
2007).
A) B)
Figura 10. Comparación del Modelo135 antes (A) y después del proceso de sorción (0.75
aw) (B).
23
Figura 11. Isoterma de sorción del modelo150 a 25 °C y flujo 100 ml/min.
La isoterma se ajustó a los modelos de sorción GAB y DLP y los coeficientes de dichos
modelos fueron obtenidos. El modelo BET presentó un R2 =0.87 y un SEP=0.08 (Cuadro
6), este bajo valor de R2 es debido a las limitaciones de este modelo a alta actividad de agua
(Yuan et al. 2011) pero el bajo SEP indicó que existió muy poca diferencia entre los valores
de humedad del modelo BET y los valores experimentales.
Cuadro 6. Parámetros del modelo GAB y criterios estadísticos para cada confite evaluado
Muestra C Mo K SEP R2
Jolly Rancher 6.247 1.779 1.157 0.45 0.98
Dumdums 1383.963 1.054 1.222 1.06 0.92
Modelo 135 °C 10000 3.582 0.721 0.77 0.33
Modelo 150 °C 6.110 2.284 1.114 0.29 0.99
C: Parámetro del modelo GAB relacionado con el calor de sorción.
Mo: Humedad en la monocapa.
K: Parámetro del modelo GAB relacionado con la entropía de sorción.
SEP: Error estándar de predicción
El modelo GAB presentó muy buen ajuste a la isoterma de esta muestra con R2 = 0.99 y
SEP = 0.29 (Cuadro 7). El modelo Decagon por sus coeficientes empíricos presentó mejor
ajuste a la isoterma del modelo150 con R2= 0.99 y SEP = 0.14, el bajo valor de SEP indica
una mayor exactitud de los valores predecidos por el modelo.
24
Cuadro 7. Parámetros del modelo Decagon y criterios estadísticos para cada confite
evaluado.
A-B: Coeficiente empírico del modelo Decagon
SEP: Error estándar de predicción.
La humedad relativa crítica del modelo150 es de 50.5%, a esta humedad la viscosidad de la
muestra disminuye considerablemente por lo tanto perdió su estructura sólida (Figura 12).
Este cambio de la matriz de la muestra de sólido a fluido se ve reflejado en el cambio de
pendiente de la isoterma.
Figura 12. Comparación del modelo150 antes (0.29 aw) (A) y después del proceso de
sorción (0.75 aw) (B).
Análisis sensorial.
El Dumdums tuvo mayor aceptación que el Jolly Rancher para todos los atributos menos
para la textura y la velocidad de disolución (P < 0.05) (Cuadro 8). En el atributo de la dureza
se prefiere el Dumdums porque según los panelistas es menos duro que el Jolly Rancher.
En las boletas recolectadas la mayoría de los comentarios fueron sobre la dureza del Jolly
Rancher, muchos panelistas lo describen como “durísimo” Las características sensoriales
de los confites están relacionadas con su composición. El Dumdums tiene más azúcar en su
composición, y tiene una temperatura de transición vítrea más alta, por lo tanto, es más
Muestra A B C D SEP R2
Jolly Rancher 2.365 -0.954 4.902 -0.832 0.2 0.99
Dumdums 0.728 1.137 12.371 3.773 0.08 0.99
Modelo 135 °C 4.978 -0.095 2.041 -1.424 0.74 0.388
Modelo 150 °C 3.030 -1.392 6.169 0.722 0.14 0.99
A) B)
25
crujiente que el Jolly Rancher. La última tiene más sirope de maíz en su formulación eso
hace que absorba humedad rápidamente en almacenamiento debido a la presencia de los
azúcares simples (Hartel y Hartel 2014), esto hace que el Jolly Rancher sea pegajoso y pega
en los dientes por eso que los panelistas prefirieron al Dumdums que resulta ser menos
pegajoso Los panelistas apreciaron de igual manera la dulzura y la velocidad de disolución
de los dos confites. Eso no significa que las muestras son iguales para estos atributos porque
el análisis sensorial realizado no fue descriptivo dado que los panelistas no son entrenados.
Cuadro 8. Resultados£ del análisis sensorial de aceptación.
Confites
Dureza
(Mʊ ± DE&)
Pegajosidad
(M ± DE)
Dulzura
(M ± DE)
Textura
(M ± DE)
Velocidad de
disolución
(M ± DE)
Dumdums 7.19a 6.78a 7.54a 7.48a 7.07a
Jolly Rancher 5.89b 5.49b 7.43a 6.74b 6.53a
CV¥(%) 35.07 36.06 22.25 24.42 30.44 £Promedios de calificaciones 1= me disgusta 9 = me gusta mucho. a-b Medias de la misma columna con una letra distinta son estadísticamente diferentes
(P<0.05). ʊMedia. &Desviación estándar. ¥Coeficiente de Variación.
26
4. CONCLUSIONES
El Jolly Rancher, el Dumdums y el confite de textura suave presentan el mecanismo
de sorción de confites amorfos con una isoterma de tipo II caracterizada por una
pequeña cantidad de agua absorbida a baja actividad de agua y un incremento brusco
en la cantidad absorbida después de la humedad relativa crítica.
La humedad relativa crítica representa la humedad a la cual el proceso de sorción cambia de adsorción a absorción en la matriz. La recristalización del azúcar
interfiere con la determinación de la humedad relativa crítica.
La temperatura de transición vítrea de confites amorfos aumenta con el aumento de la temperatura de procesamiento.
27
5. RECOMENDACIONES
Elaborar las isotermas de sorción usando el método de equilibrio para comparar la
exactitud de los resultados.
Determinar el perfil de textura de los confites para correlacionar la temperatura de transición vítrea con las propiedades mecánicas de las muestras.
Determinar el efecto de diferentes proporciones de azúcar y sirope de maíz en la temperatura de transición vítrea de confites amorfos.
28
6. LITERATURA CITADA
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