Determinación de capacidad calorífica en sistemas modelo y naturales ricos en azúcares

Abstract

La capacidad calorífica es una de las propiedades termofísicas que ha sido considerada como elemento fundamental en el diseño y optimización de los procesos y equipos que involucran el intercambio de calor, siendo impactada significativamente por la composición química, la temperatura y las transiciones de fase / estado así como el estado físico de los componentes alimentarios; es por esto que el estándar calorimétrico ASTM E1269-11 fue adaptado e implementado para determinar el Cp en función de la temperatura Cp(T) de sistemas modelo ricos en azúcares que fueron preparados con diferentes fracciones másicas de fructosa (XF), glucosa (XG) , sacarosa (XS), ácido cítrico (XA), pectina (XP) y agua (Xw). Se presentaron y argumentaron protocolos experimentales de calorimetría diferencial de barrido (DSC) que facultaron la medición de curvas Cp(T) de sistemas de modelos sólidos en estados cristalinos y amorfos desde -80 °C hasta el rango de fusión y del modelo acuoso de -80 a 110 ° C. Los resultados exhibieron que las muestras de los estados amorfos presentaron mayores valores de Cp que las muestras en el estado cristalino. Las curvas de Cp(T) de los sistemas modelo acuosos resultaron muy influenciadas por la temperatura, el agua, el cambio de fase del agua y por la transición vítrea de la fase de máxima concentración por congelación. Para para investigar el efecto de la composición química en las curvas Cp(T) fue propuesto un modelo empírico con una relación polinomial de segundo grado que incluye funciones sigmoideas y gaussianas. Las curvas de Cp(T) de las muestras se mostraron altamente influenciadas por las transiciones térmicas, los efectos de los componentes individuales de las mezclas, las interacciones entre ellos y la temperatura (p <0.05).

Heat capacity is one of the thermophysical properties that has been considered a fundamental element in the design and optimization of processes and equipment that involve heat exchange, being significantly impacted by the chemical composition, temperature and phase / state transitions as well as the physical state of the food components; this is why the ASTM E1269-11 calorimetric standard was adapted and implemented to determine the Cp as a function of the temperature Cp (T) of model systems rich in sugars that were prepared with different mass fractions of fructose (XF), glucose (XG) , sucrose (XS), citric acid (XA), pectin (XP) and water (Xw). Differential Scanning Calorimetry (DSC) experimental protocols were presented and argued that enabled the measurement of Cp (T) curves of solid model systems in crystalline and amorphous states from -80 ° C to the melting range and from -80 to 110 ° C for the aqueous model. The results showed that the samples of the amorphous states presented higher Cp values than the samples in the crystalline state. The Cp (T) curves of the aqueous model systems were highly influenced by temperature, water, the phase change of water and by the glass transition of the phase of maximum concentration by freezing. To investigate the effect of the chemical composition on the Cp (T) curves, an empirical model was proposed with a second degree polynomial relationship that includes sigmoid and Gaussian functions. The Cp (T) curves of the samples were highly influenced by thermal transitions, the effects of the individual components of the mixtures, the interactions between them and the temperature (p <0.05).