Cap 1 Agua

Química de los Alimentos

CAPÍTULO Nº 1: AGUA

1. INTRODUCCIÓN

a) El Agua en muchas ocasiones no se considera como nutrimento, debido a que no tiene un valor energético, ya que no sufre cambios químicos durante su utilización biológica. Sin embargo, sin el Agua no podrían llevarse a cabo las reacciones bioquímicas. Tanto es así que existen muchas teorías que consideran que la vida en nuestro planeta se originó precisamente gracias a la presencia de este compuesto.

b) Las principales funciones biológicas del Agua estriban fundamentalmente en su capacidad para transportar diferentes sustancias a través del cuerpo, disolver otras y mantenerlas tanto en solución como en suspensión coloidal. Esto se logra porque puede permanecer líquida en un intervalo de Temperaturas relativamente amplio y porque tiene propiedades como disolvente.

c) Muchas de las macromoléculas de interés Bioquímico, como las Proteínas, las Enzymas y los Ácidos Nucléicos, se vuelven activas cuando adquieren sus correspondientes Estructuras Secundarias, Terciarias, etc., gracias a la interacción que establecen con el Agua.

d) Las células de los tejidos animal y vegetal, así como los microorganismos, sólo se pueden desarrollar si encuentran un medio adecuado en el que el contenido de Agua sea decisivo. Por esta razón, algunos sistemas de conservación de alimentos se basan en la Deshidratación o en la reducción del Agua disponible (Actividad Acuosa) que se requiere para el crecimiento de los microorganismos y para que se lleven a cabo las reacciones químicas.

e) Todos los alimentos, incluyendo los Deshidratados, contienen cierta cantidad de Agua. Por lo tanto, es de suma importancia conocer sus propiedades físicas y químicas, ya que muchas transformaciones negativas y positivas están relacionadas con el Agua.

f) El Agua es un factor determinante en la inhibición o la propagación de las diferentes reacciones que pueden aumentar o disminuir la calidad nutritiva y sensorial de los alimentos.

2. FUENTES DE AGUA PARA EL SER HUMANO

2.1 Presencia del Agua en el Ser Humano

a) La mayoría de los organismos y, en general, los sistemas biológicamente activos, contienen una gran proporción de Agua, que en algunos casos llega a representar hasta el 97 % del peso total.

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b) Cerca del 70 % del cuerpo humano es Agua, aún cuando hay ciertos tejidos como los Huesos, Cabellos y Dientes que la contienen escasamente. Su distribución en el músculo es:

1. De 70 %, en las Miofibrillas.2. De 20 % en el Sarcoplasma.3. De 10 % en el Tejido Conectivo.

c) El organismo pierde Agua continuamente por diferentes vías, tales como el sudor, la orina, la respiración y las heces, y requiere un mínimo aproximado de 1.500 ml diarios para efectuar todas sus funciones adecuadamente.

Balance de Agua en el Ser Humano por Día

FuenteAgua Ingerida

(ml/día)Fuente

Agua Perdida (ml/día)

Alimentos 850 Orina 1.500Bebidas 1.300 Pulmones 400Oxidación de Nutrientes

350 Piel 500

Heces 100Total 2.500 2.500

2.2 Fuentes de Agua para el Ser Humano

a) La fuente más importante de Agua para el ser humano está en todos los líquidos que ingiere, pero también la adquiere de diferentes alimentos, que contienen Agua.

Contenido de Agua en Algunos Alimentos

AlimentoContenido de

Agua (%)Alimento

Contenido de Agua (%)

Lechuga 95 Pera 80Espárrago 95 Huevo 74Coliflor 95 Pollo 74Brócoli 90 Carne de Res 70Zanahoria 90 Carne de Cerdo 60Manzana 88 Pan 40Durazno 88 Queso 35Naranja 88 Mantequilla 16Leche 87 Galletas 5Papa 80

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b) Otra fuente de Agua, pero de menor importancia, es la que se origina en el propio cuerpo debido a las reacciones metabólicas de utilización y combustión de los nutrimentos. La Oxidación de 1 molécula de Glucosa origina 6 moléculas de Agua, que equivalen a 0,6 g de Agua por gramo de Glucosa.

C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6 H2O

c) También, se obtienen 1,1 g de Agua por gramo de Lípido y 0,4 g de Agua por gramo de Proteína que se ingiere.

d) Una dieta cuya Oxidación de Glucosa y Lípidos produzca 2000 Kcal por día generará 300 ml de Agua, aproximadamente.

3. PROPIEDADES DEL AGUA

3.1 Naturaleza Dipolar del Agua

a) La molécula de H2O está constituida por 2 átomos de Hidrógeno unidos en forma covalente a 1 átomo de Oxígeno. Es altamente polar, no es lineal y crea estructuras tridimensionales debido a la hibridación de las órbitas moleculares “S” y “P” del Oxígeno.

Estructura Tetrahédrica Formada por los Orbitales SP 3 del Oxígeno

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b) Los Radios de Van der Waals del Hidrógeno son de 0,12 nm y del Oxígeno son de 0,14 nm. La Longitud del Enlace Covalente es de 0,096 nm y el Ángulo formado entre el Oxígeno y los 2 Hidrógenos es de 104,15 º.

Dimensiones de la Molécula de Agua

c) En el Agua existe una diferencia de Electronegatividades que se deben a que el Oxígeno tiene un gran poder de atracción por los electrones de los 2 Hidrógenos, lo cual ocasiona que éstos desarrollen una carga parcial positiva δ(+), y el átomo de Oxígeno desarrolla una carga parcial negativa δ(-). Esto hace que se produzca un momento dipolar muy fuerte cuya dirección se observa en la figura anterior.

d) De esta manera, el Agua no tiene una carga determinada, pero sí un Dipolo Eléctrico potente que le permite crear Puentes de Hidrógeno estables con otras moléculas iguales o diferentes, pero de naturaleza polar.

Naturaleza Dipolar del Agua

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3.2 El Puente de Hidrógeno

a) El Puente de Hidrógeno es el resultado de una atracción electrostática y se produce cuando 2 átomos cargados negativamente se unen mediante un átomo de Hidrógeno, de tal manera que solamente pueden participar los elementos más electronegativos, como es el caso del Nitrógeno, el Flúor y el Oxígeno.

Puentes de Hidrógeno entre Dos Moléculas de Agua

b) El Puente de Hidrógeno no es propiamente un Enlace Químico, sino solamente una fuerza de unión electrostática entre átomos provenientes de compuestos polares.

c) El Puente de Hidrógeno es muy débil (20 KJ/mol, lo que equivale a 4,7 Kcal/mol, aproximadamente), comparado con el Enlace Covalente (420 KJ/mol igual a 100 Kcal/mol). Sin embargo, como todas las moléculas de Agua tienen capacidad de establecer Puente de Hidrógeno en un momento determinado, en conjunto representan una gran fuerza.

d) Los Puentes de Hidrógeno no sólo se inducen en el Agua, sino con cualquier sustancia que tenga características polares, como son las Proteínas y los Carbohidratos, que participan con sus diversos Grupos Hidrofílicos.

Puentes de Hidrógeno con Grupos Funcionales deCarbohidratos y Proteínas

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e) La atracción entre las cargas eléctricas es fuerte cuando los tres átomos que participan, en este caso O, H, O se encuentran en línea recta, de lo contrario es débil.

Direccionalidad de los Puentes de Hidrógeno

f) Mediante este mecanismo, los polímeros y algunos compuestos de bajo peso molecular retienen Agua y le confieren a los alimentos Propiedades Reológicas muy particulares. Así, se considera que en el Hielo el 100 % de las moléculas establecen Puentes de Hidrógeno, en cambio en el Vapor de Agua este porcentaje es de “cero”.

g) Las funciones biológicas del hombre se efectúan normalmente en un intervalo muy corto de Temperatura, alrededor de 37 ºC, que es la Temperatura del Cuerpo Humano. Cabe mencionar que a 37 ºC el Agua establece de 35 a 47 % de Puentes de Hidrógeno.

3.3 Temperatura de Fusión y de Ebullición

a) Resulta muy interesante comparar las Temperaturas de Fusión y de Ebullición del Agua con las de los Hidruros de los elementos del mismo Grupo en la Tabla Periódica a la que pertenece el Oxígeno.

Propiedades de los Hidruros del Grupo del Oxígeno

b) Se sabe que a medida que se reduce el Peso Molecular del Hidruro, las Temperaturas de Fusión y de Ebullición disminuyen proporcionalmente. Sin embargo, esta situación no se da en el Agua, que aún teniendo el menor Peso

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Propiedad H2O H2S H2Se H2Te

Peso Molecular 18 34 81 130Temperatura de Fusión en ºC 0 -86 -64 -57Temperatura de Ebullición en ºC 100 -61 -42 -2Intervalo en Estado Líquido en ºC 100 25 22 55


Molecular, presenta valores de estas dos constantes muy superiores a los del resto del Grupo.

c) Si se siguiera una relación matemática de acuerdo con los Pesos Moleculares, el Agua tendría que Fundir a -150 ºC y Hervir a -80 ºC, por lo que en las condiciones ambientales normales el Agua debería ser un Gas.

d) Por otra parte, de los 4 Hidruros, el Hidruro de Oxígeno (Agua) es el único que se encuentra en estado Líquido a las Temperaturas más comunes en nuestra vida (15 a 40 ºC).

e) Estas propiedades del Agua se deben a la gran Fuerza de Atracción que se establece entre sus moléculas por medio de los Puentes de Hidrógeno, que producen una cohesión interna muy importante, por esta razón permanece Líquida en condiciones que debería existir como Gas.

Temperatura de Fusión, Ebullición y Calor de Evaporación de los Solventes más Comunes

3.4 Calor Específico del Agua

a) El Calor Específico del Agua es 4,184 KJ/Kg ºK, o bien 1,0 cal/gºC, siendo uno de los más elevados entre un gran número de sustancias.

b) Cuando se suministra Energía térmica a los líquidos en los que no existen Puentes de Hidrógeno, la cinética de las moléculas aumenta, y por tanto, la Temperatura. En el caso del Agua, parte de esta energía térmica se usa principalmente para romper los Puentes de Hidrógeno, por eso se requiere una mayor cantidad de calor para incrementar la Temperatura.

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3.5 Calor de Vaporización del Agua

a) Es una medida directa de la cantidad de Energía requerida para romper las Fuerzas Atractivas en el seno de un Líquido, de manera que las moléculas, en forma individual, escapan de la Fase Líquida y pasan a la Fase Gaseosa.

b) Para el Agua el Calor de Vaporización a 100 ºC es de 538,7 cal/g (40,63 KJ/mol o bien 9,70 Kcal/mol), lo cual es muy superior al de muchos compuestos similares, lo cual indica el alto grado de interacción de sus moléculas. Por ejemplo, el Metanol, el Etanol, la Acetona y el Cloroformo (disolventes orgánicos) presentan Calores de Vaporización de 263, 205, 125 y 59 cal/g.

c) Por lo tanto, se necesita mucha energía para Vaporizar poco Agua, o que la Vaporización de poca Agua es suficiente para sustraer mucho calor. Esto explica por qué la vaporización del sudor es responsable de la mayor parte del calor perdido por un organismo.

3.6 Propiedad Disolvente del Agua

a) Debido a su elevado Momento Eléctrico Dipolar, el Agua es el Disolvente universal, con una infinidad de aplicaciones y usos.

b) Muchas sales e infinidad de compuestos iónicos, no iónicos, etc., sólo se solubilizan en Agua y nunca en disolventes Apolares como el Cloroformo, Benceno, etc., o en Grasas.

c) Las moléculas de Agua son capaces de disolver el NaCl debido a la intensa fuerza que se crea entre su Dipolo y los iones Sodio y Cloro, lo cual provoca que se produzcan Na+ y Cl- altamente hidratados. Esta interacción es más intensa que la tendencia a la unión de los dos iones para restablecer la sal.

d) En general, al disolver una sal se crean Iones Positivos y Negativos rodeados de moléculas de Agua.

3.7 Constante Dieléctrica del Agua

a) La Constante Dieléctrica, por definición es una medida de la tendencia del disolvente a oponerse a las Fuerzas Electrostáticas de Atracción entre iones con carga opuesta. El Agua es un buen disolvente debido a la alta Constante Dieléctrica “D” que posee.

F = Fuerza de Atracción entre dos iones de carga opuesta.Q1 y Q2 = Valor de las cargas opuestas.r = Distancia que separa a las cargas.ε = Constante Dieléctrica del Solvente.

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Constante Dieléctrica de Algunos Líquidos a 20ºC

LÍQUIDO Valor de εAgua 80Metanol 33Etanol 24Acetona 21,4Benceno 2,3Hexano 1,9

b) En la siguiente figura se ilustra cómo el Agua disuelve muchas sales cristalinas hidratando sus componentes iónicos.

La Molécula de Agua como Disolvente

c) El Agua también disuelve diversas sustancias no iónicas pero con carácter polar, como Azúcares, Alcoholes, Aldehídos, Cetonas, Aminoácidos y otros. En efecto, muchos compuestos polares tienen Grupos Carbonilos, Aminos, Oxhidrilos o Carboxilos que pueden fácilmente interaccionar con ella por medio de Puentes de Hidrógeno.

d) Esto se da solamente cuando la concentración del Agua es muy superior a la del soluto polar. Sin embargo, cuando la concentración de Agua es baja, las sustancias no se disuelven, solamente se Hidratan, y forman fluidos muy viscosos o inclusos Geles, en los que el Agua queda retenida también por Puentes de Hidrógeno.

Biomoléculas de Naturaleza Polar, No Polar y Anfipática9


4. ESTADOS FÍSICOS DEL AGUA

4.1 Estados Sólido – Líquido y Gas

a) De acuerdo con la cantidad y duración de los Puentes de Hidrógeno que contenga, el Agua puede presentar los 3 Estados Físicos conocidos: Gas, Líquido y Sólido.

Puentes de Hidrógeno en el Hielo

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b) En el Hielo, cada molécula de H2O establece el máximo de 4 Puentes de Hidrógeno, formando una red cristalina regular. Esta estructura cristalina del Hielo lo hace menos denso que el Agua líquida, con lo cual el hielo flota en el Agua líquida.

c) En cambio, en el Agua líquida a Temperatura ambiente y Presión atmosférica normal cada molécula de H2O se une con un promedio de otras 3,4 moléculas de H2O.

d) Para una Presión = 1 Atm (760 mm Hg), estas formas están en función exclusivamente de la Temperatura, por lo que a:

1. T < 0 ºC se presenta como Hielo.2. T > 100 ºC se presenta como Vapor.3. Cuando 0 ºC < T < 100 ºC se presenta como Líquido.

e) Para una Presión = 4,579 mm Hg y la Temperatura = 0,0099 ºC se considera que los 3 Estados Físicos se encuentran conjuntamente en equilibrio. Es el Punto Triple del Agua.

Diagrama de las Fases del Agua. Punto Triple del Agua

La ruta “a-b-c” muestra el proceso de Liofilización. La línea “d” es la Evaporación en la Deshidratación tradicional.

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f. Las conversiones de un Estado a otro se pueden llevar a cabo modificando la Presión y la Temperatura, aunque en la mayoría de los casos se produce a Presión atmosférica constante.

4.2 Deshidratación

4.2.1 Deshidratación por Métodos Convencionales

a) La Evaporación sucede en la ruta “d” de la Figura anterior, y ocurre en los procesos de Deshidratación por métodos convencionales, como son el Secado con charolas, por Aspersión, en Tambor Rotatorio, etc.

b) Debido al alto Calor de Vaporización del Agua en estos sistemas se requiere de una gran cantidad de energía, lo cual ocasiona que algunos grupos Hidrófilos hidratados de las Proteínas y de los Carbohidratos se deterioren térmicamente y pierdan su capacidad de re-hidratación.

c) Por esta razón, muchos de los productos Secados con estos procedimientos no son muy solubles y requieren de Agua caliente o de una agitación violenta para disolverlos.

4.2.2 Deshidratación por Liofilización

a) En la Liofilización, el Agua se elimina por Sublimación (conversión de Sólido a Gas sin pasar por Líquido), y no por Evaporación.

b) Este sistema se presente por medio de la ruta “a-b-c” de la figura anterior. Los pasos son:

1. Consiste en el congelamiento del producto “a”.2. Sigue una reducción de la Presión por debajo del Punto Triple “b”.3. Finalmente, la aplicación de una pequeña cantidad de calor, pero suficiente

para llevar a cabo la sublimación “c”.

c) Debido a que se emplean Temperaturas muy bajas (generalmente T < 40 ºC), el alimento no sufre daños térmicos y consecuentemente los grupos Hidrófilos que retienen Agua no se ven afectados. Así, la re-hidratación de los Liofilizados es muy fácil, y con ella se obtienen alimentos con propiedades sensoriales (aroma, textura, sabor, etc.) muy semejantes a las de las materias primas.

d) El alto costo de los equipos y de la operación hace que este sistema se emplee poco en la industria alimentaria, pero en la industria farmacéutica sí está muy difundido.

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5. EFECTOS DE LOS SOLUTOS EN EL AGUA

a) La presencia de Solutos de los tipos iónico, no iónico polar y apolar causa cambios muy importantes en la estructura del Agua que se reflejan en sus propiedades físicas. Estos efectos se conocen como Propiedades Coligativas, las cuales son 4:

1. Descenso de la Temperatura de Congelamiento. 2. Aumento de la Temperatura de Ebullición.3. Reducción de la Presión de Vapor.4. Modificación de la Presión Osmótica.

b) En términos generales, 1 mol de una sustancia disuelta en 1000 g de Agua produce un descenso de 1,86 ºC en la Temperatura de Congelamiento del Agua y un incremento de 0,4 ºC en la Temperatura de Ebullición del Agua.

c) El descenso de la Temperatura de Congelamiento se usa como control de calidad en la industria de la Leche, ya que ésta lleva disueltas diversas sustancias de bajo peso molecular, como la Lactosa y algunas sales, en una concentración constante, lo cual hace que la Leche se congele en un intervalo muy cerrado y a alrededor de -0,54 ºC.

La determinación de esta propiedad se realiza en un Crióscopo para cuantificar posibles adulteraciones.

d) Las Propiedades Coligativas se deben a que cada tipo de Soluto, al interferir en los Puentes de Hidrógeno, interrumpe y altera la estructura tridimensional del Agua, como ocurre con los iones de Sodio y Cloro cuando se hidratan.

6. DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS

a) En los tejidos animal y vegetal el Agua no está uniformemente distribuida debido a los complejos hidratados que se establecen con Proteínas, Carbohidratos, Lípidos y otros constituyentes.

b) En general, el Contenido de la Humedad de un alimento se refiere a toda el Agua en forma global, sin considerar que en la mayoría de los productos existen zonas o regiones microscópicas que debido a una alta concentración de Lípidos no permiten su presencia y la obligan a distribuirse en forma heterogénea.

c) Este tipo de consideraciones ha llevado a que tradicionalmente se empleen términos como:

1. Agua Ligada , es aquella porción que no congela en las condiciones normales de congelamiento a -20 ºC.

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2. Agua Libre , es la que se volatiliza fácilmente, se pierde en el calentamiento, se congela primero y es la principal responsable de la Actividad del Agua en el alimento.

7. ACTIVIDAD DEL AGUA

a) Del Agua contenida en un alimento dependen las Propiedades Reológicas y de Textura de éste, pero también es responsable en gran medida de las reacciones Químicas, reacciones Enzymáticas y Microbiológicas, que son las 3 principales causas de deterioro de un alimento.

b) El Agua Libre es la única disponible para el crecimiento de los microorganismos o para intervenir en las transformaciones Hidrolíticas, Químicas o Enzymáticas.

c) Para medir la fracción de Agua Libre se define el término de “Actividad del Agua” como el grado de interacción del Agua con los demás constituyentes, o la porción que está disponible en un producto para sustentar las reacciones mencionadas. Según sea el valor de la Actividad del Agua se puede predecir la estabilidad de un alimento.

d) La Actividad del Agua se expresa de la manera siguiente:

Aw= ff °

= PP°

=HR100

= MaMa+Ms

Donde:

f = Coeficiente de Fugacidad en un determinado estado a Temperatura “T”.f º = Coeficiente de Fugacidad en un estado Standard a Temperatura “T”.HR = Humedad Relativa. P = Presión de Vapor del Agua del Alimento a Temperatura “T”.Pº = Presión de Vapor del Agua Pura a Temperatura “T”.Ms = Moles de Solutos en g/PM.Ma = Moles de Agua en g/18.

e) La Fugacidad es una medida de la tendencia de una sustancia a escaparse. En virtud a que el Vapor de Agua se comporta aproximadamente como un Gas Ideal, se puede emplear la Presión de Vapor en lugar de la Fugacidad.

La Fugacidad en un alimento absolutamente seco es = 0.

La Fugacidad en el Agua Pura = 1.

La Humedad Relativa varía de 0-100 %.

Actividad del Agua en Algunos Alimentos

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Actividad del Agua Mínima para el Crecimiento de algunos Microorganismos

OrganismoAw

MínimaOrganismo

Aw Mínima

Mayoría de Bacterias dañinas 0,91 Salmonella 0,95Mayoría de Levaduras dañinas

0,88 Clostridium botulinum 0,95

Mayoría de Hongos dañinos 0,8 Escherichia coli 0,96Bacteria Halófila 0,75 Staphylococcus aureus 0,86Levadura Osmófila 0,6 Bacillus subtillis 0,95

8. CONGELAMIENTO DE LOS ALIMENTOS

a) Cuando un alimento se congela comercialmente no toda el Agua se convierte en Hielo, sino que quedan secciones líquidas ricas en Soluto.

b) En estos microambientes, la fase No Congelable se vuelve diferente al resto del alimento, ya que se modifican diversos parámetros como ser:

1. pH.2. Concentración de Reactivos.3. Fuerza Iónica.4. Viscosidad.5. Potencial de Óxido-Reducción.6. Solubilidad del Oxígeno.7. Tensión Superficial.

c) En estas condiciones, a pesar de la Baja Temperatura, pueden ocurrir muchas reacciones Químicas, como ser:

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AlimentoActividad del Agua

AlimentoActividad del Agua

Frutas 0,97 Pan 0,96Verduras 0,97 Mermeladas 0,86Jugos 0,97 Frutas Secas 0,8Huevos 0,97 Miel 0,75Carne 0,97 Galletas y Cereales 0,1Queso 0,96 Azúcar 0,1


1. Desnaturalización de Proteínas.2. Oxidación de los Lípidos.3. Hidrólisis de Sacarosa. Oscurecimiento No enzimático.

d) El hecho de Congelar un alimento también provoca fuertes modificaciones causadas por el cambio Físico del Agua. Dependiendo de la Temperatura final, el aumento de Volumen que ocurre por la conversión de Agua Líquida en Hielo es de 8-10 %, lo cual ocasiona esfuerzos que producen daños mecánicos en las celdas de los tejidos vegetales y animales.

e) El Congelamiento induce cambios estructurales en el Agua que ocasionan:

1. Pérdida de la Textura de las frutas y hortalizas.2. Se afectan los enlaces No Covalentes, provocando la disociación de

Lipoproteínas.3. Pérdida de Agua retenida en las células, lo cual hace que los alimentos

pierdan su rigidez y frescura, y que su tejido se vuelva muy suelto y suave.

f) La Velocidad de Congelamiento es un factor determinante en la formación y localización de Cristales de Hielo.

1. Cuando el Congelamiento se hace rápido, en menos de 24 Horas, se producen muchos cristales pequeños en forma de aguja a lo largo de las fibras musculares.

2. Cuando el Congelamiento es lento, en más de 24 horas, se induce un menor número de cristales, pero de menor tamaño, de manera que se puede considerar que cada célula del tejido contiene una sola masa central de Hielo.

3. El Congelamiento Lento es más dañino que el Congelamiento Rápido ya que afecta más la membrana celular y además establece cristales inter-celulares que tienen la capacidad de unir células e integrar grandes agregados.

9. PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA

9.1 La Constante de Equilibrio Químico del Agua

a) La ionización del Agua, se expresa mediante la siguiente ecuación: Ke

H2O H+ + OH-

b) De la anterior ecuación se puede obtener la expresión para la Constante de Equilibrio “Ke”.

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c) El valor de “Ke”, calculado a 25 ºC a partir de las medidas de Conductividad Eléctrica del Agua, es 1,8 x 10-16 M.

d) Reemplazando en la expresión anterior y considerando que por convención, se utiliza Kw para expresar el valor de 55,5 Ke se tiene:

e) Se conoce a Kw como el Producto Iónico del Agua a 25 ºC. Esto significa que el producto de [H+] [OH-] en soluciones acuosas a 25 ºC ha de ser siempre igual a 1,0 x 10-14.

f) Cuando hay exactamente igual concentración de H+ y OH-, como sucede en el Agua Pura, se dice que la Solución es NEUTRA. En este caso, podemos calcular la concentración de cada ión a partir del producto iónico del Agua, como se indica a continuación:

9.2 La Escala de pH

a) La Escala de pH permite establecer la concentración de H+, y por tanto, de OH- en cualquier solución acuosa en un rango de 1,0 M de H+ y 1,0 M de OH-.

b) El término pH se define por la expresión:

c) En una Solución Neutra a 25 ºC, donde la [H+] = 1,0 x 10 -7 M, se tendrá:

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La Escala de pH y pOH

d) Algunas veces se utiliza la expresión pOH para resaltar la Alcalinidad o concentración en OH- de una solución. El pOH se define como:

pOH = Log 1 / [OH-]

o bien: pOH = ─ Log [OH-]

e) Así, la relación entre el pH y el pOH puede expresarse como:

pH + pOH = 1418


pH de Algunos Fluidos Acuosos

10. ECUACIÓN DE HENDERSON-HASSELBACH Y CAPACIDAD BUFFER

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a) La curva de Titulación de cualquier Ácido débil es descrita por la Ecuación de Henderson-Hasselbach. La cual es muy importante para comprender la función Buffer y el balance ácido-base en la sangre y en cualquier tejido de los vertebrados.

b) Para la disociación de un ácido débil [HA] en sus dos iones [H+] y [A-], la Ecuación de Henderson-Hasselbach puede ser deducida de la forma siguiente:

Ka

HA H+ + A-

c) Aplicando –log a ambos miembros se tiene:

d) Para que –log se vuelva “+” se invierte el numerador y el denominador:

e) Que también puede expresarse como:

f) Es la Ecuación de Henderson-Hasselbach, que nos permite calcular todos los puntos de la curva de Titulación de un ácido débil.

g) Por ejemplo, en el punto de equilibrio de la Titulación, cuando la concentración de la forma aniónica y de la forma ácida son iguales [A-] = [AH], el pH será igual al pKa, como se demuestra a continuación.

11. EL AGUA COMO REACTIVO

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El Agua no es solamente el Solvente en el cual las se desarrollan las reacciones Químicas de las células vivas; a menudo es un participante directo de dichas reacciones.

11.1 Reacción de Hidrólisis

a) Las reacciones de Hidrólisis son responsables de la Despolimerización Enzymática de Carbohidratos, Proteínas y Ácidos Nucléicos.

b) Las reacciones de Hidrólisis catalizadas por Enzymas denominadas Hidrolasas, son casi siempre Exotérmicas, por lo tanto, ocurren espontáneamente.

c) En cambio, la reacción reversible, de Condensación es Endotérmica y, no ocurre en condiciones normales, sino, con aporte de energía.

d) A continuación se muestran algunos ejemplos de reacciones donde la molécula de H2O participa directamente como un reactivo.

(a) Hidrólisis de ATP en ADP + Pi (“R” = Adenosina Monofosfato = AMP).(b), (c) y (d) Otras reacciones de Hidrólisis y Condensación.

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