transicion vitrea

Análisis en los diferentes niveles estructurales
macroscópico

Clase 3.
Métodos para estudiar propiedades y
transiciones supramoleculares

microscópico
molecular

2012

Gran parte de los avances en ciencia y
tecnología de alimentos en los últimos
años se debe a la aplicación de conceptos
de química de polímeros y de materiales.
Existen similitudes entre el
comportamiento depolímeros sintéticos y
biopolímeros, lo que permite aplicar
relaciones conocidas para polímeros
sintéticos.

Ciencia de
Polímeros
Estructura
de
alimentos

Ciencia de
alimentos

Ciencia
de
Materiales

1

Polímeros cristalinos: fibras
Los materiales que componen los alimentos se
pueden encontrar en forma cristalina, o
formando soluciones acuosas, sobresaturadas o
sólidas.
Estasúltimas se conocen como vidrios y
corresponden a un estado amorfo de la materia.
A su vez, muchas veces se presentan sistemas
parcialmente cristalinos.

Muchos polímeros cristalinos tienen cadenas o partes de ellas que
no están en forma ordenada, por lo tanto tienen dos fracciones:
una cristalina y otra amorfa.

Una fibra polimérica está formada por
polímeros cuyas cadenas se alíneanentre sí en el mismo eje.

Ej. celulosa

Las fibras siempre se componen de
polímeros con alto grado de
cristalización, como la celulosa, que se
empacan en un ordenamiento regular.

Sólidos amorfos y estado vítreo
La generación de sistemas vítreos puede ocurrir
durante la congelación o durante la deshidratación
de alimentos, dando lugar a la formación de sólidos
amorfos.
La fusión desólidos cristalinos, seguida por un
enfriamiento rápido también genera estructuras
vítreas (ej. caramelos duros).

Polímeros parcialmente cristalinos
Ej. amilopectina, proteínas, gomas

Muchos materiales alimenticios existen por lo
tanto en un estado concentrado, de sólido amorfo
(no cristalino) con un orden molecular al azar,
parecido al de un líquido.

2

vidrios
El cambio en elestado físico que sufre un
material amorfo vítreo al pasar al estado de
líquido sobreenfriado se conoce como
transición vítrea.

SiO2 en su estado
cristalino: cuarzo

Esta transformación ocurre a cierta
temperatura, temperatura de transición
vítrea (Tg), que depende del contenido de agua
y de las características de cada sistema.
Vidrio (amorfo)

Vidrio común

Demasiado quebradizo
y muyalta Tm

Esquema de la formación de sólidos amorfos,
cristalinos o parcialmente cristalinos
1. Durante la congelación
soluto

Los vidrios dejan de comportarse
como sólidos amorfos cuando la
temperatura supera el valor de Tg,
temperatura de transición vítrea.
En este punto pierden la rigidez
que los caracteriza y se tornan
flexibles o gomosos.

agua

Congelado lento

Congeladorápido

matriz
amorfa

hielo

3

2. Durante la deshidratación

soluto

agua

Deshidratación
lenta

Variación de
Tg en función
del contenido
de agua para
glucosa y
maltosa.

Deshidratación
rápida

matriz
amorfa

Cristales de soluto

100
Repollo
Zanahoria

Tg, °C

50

Papa
Lact/Am/Lys

0

-50

-100
0

5

10

15

20

25

Conte nido de agua,%b.s.

30

Variación de
Tg en función
del contenido
de agua para
varios
vegetales
deshidratados.

control

Almacenada a
T>Tg

Colapso estructural por
almacenamiento de muestras de
maltosa liofilizadas a temperaturas
superiores a su Tg.

4

Diagramas de estado- crioconcentración
Al enfriar una solución inicialmente a la temperatura T y composición
C2 , en forma lenta parapermanecer en equilibrio, disminuye la
temperatura y no hay cambio de fase, permaneciendo líquida hasta T1
que es la temperatura de cristalización correspondiente a esa
composición. Se forman los primeros cristales de hielo.
T

Si consideramos ahora una solución de composición C3 a la
temperatura T, podemos ver que es necesario enfriarla hasta T2
para que se formen los primeros...