Este documento describe las propiedades físicas de los alimentos y cómo se pueden medir instrumentalmente. Explica que las propiedades físicas incluyen características térmicas, ópticas, eléctricas y mecánicas. Las propiedades mecánicas se miden utilizando métodos de análisis de textura e incluyen pruebas de compresión, penetración, corte y otras pruebas que miden propiedades como la dureza y la fracturabilidad.

1. Propiedades de
los alimentos
CRISTHIAN Y. HILASACA ZEA

2. Introducción
Los alimentos se agrupan por su
composición nutricional, cantidad de
proteínas, lípidos (grasas), hidratos de
carbono o agua que contiene un alimento.
Los alimentos que están dentro de cada
Grupo son equivalentes e
intercambiándolos, permitirán que nuestra
dieta sea, sobre todo, variada.
Como se detalla en el contenido de Hábitos
de alimentación, los nutrientes son las
sustancias que nuestro organismo necesita
para su correcto funcionamiento. Ningún
alimento contiene todos los tipos que
necesitamos, por este motivo, resulta
crucial seguir una dieta variada y
equilibrada, rica y completa en nutrientes.

3. Propiedades Físicas de
los Alimentos

4. Propiedades Físicas de los Alimentos
Desde el punto vista de la Ingeniería, para el diseño y
proceso de los alimentos y desde el punto de vista de la
preferencia del consumidor se deben considerar las
siguientes propiedades físicas de los alimentos y materiales:
• Térmicas: Calor específico, conductividad térmica y difusión
del calor
• Ópticas: Color, Brillo y Transparencia
• Eléctrico: Conductividad
• Mecánicas:
– Estructurales y Geométricas: Densidad, tamaño de partícula,
forma, porosidad, rugosidad …
– Reológicas y Texturales: Dureza, deformabilidad, …
– Otras: Tensión superficial, difusividad, permeabilidad

5. Propiedades Físicas de los Alimentos
Desde el punto vista de la Ingeniería, para el diseño
y proceso de los alimentos y desde el punto de
vista de la preferencia del consumidor se deben
considerar las propiedades físicas:
• Térmicas: Calor específico, conductividad térmica
y difusión del calor
• Ópticas: Color, Brillo y Transparencia
• Eléctricas: Conductividad
• Mecánicas: Estructurales, Geométricas y
reológicas

6. Propiedades Físicas de los Alimentos
• Térmicas: Calor específico,
conductividad térmica y difusión del
calor
• Ópticas: Color, Brillo y Transparencia
• Eléctricas: Conductividad
• Mecánicas:
– Estructurales y Geométricas: Densidad,
tamaño de partícula, forma, porosidad,
rugosidad …
– Reológicas y Texturales: Dureza,
deformabilidad, …
– Otras: Tensión superficial, difusividad,
permeabilidad,
Tratamietos térmicos,
Pasterización, cocción y
enfriamiento, Refrigeración
y Congelación
Tratamientos con campos
eléctricos pulsados,
calentamiento ohmico, por
inducción o radio frecuencia
Percepción, aceptación,
Uniformidad
Percepción y consumo,
Aceptabilidad.
Maquinabilidad y Facilidad
de procesos

7. REOLOGIA
• Reología es la ciencia que estudia la
deformación y el flujo de materiales
bajo fuerzas externas en tiempos y
condiciones definidas.
• Flujo es un caso especial de deformación
• Deformación es caso especial de flujo

8. Porque Medir la Textura?
La Textura es un atributo que afecta el
procesamiento y manejo, influye en los
hábitos y aceptabilidad por el consumidor y
que puede afectar la vida útil del producto Ejemplos imitativos
En análisis cientifico de Textura Analysis provee información cuantificable, repetible y exacta de las
propiedades de alimentos, cosméticos, productos químicos y farmaceúticos.
Es hoy en día un procedimiento establecido para la investigación y una herramienta valiosa en la
busqueda de métodos de control y mejora de la calidad.
Con mediciones de las propiedades fundamentales o caracterización empírica de los materiales o
productos, con un amplio rango de pruebas imitativas, de gran utilidad para predecir y medir el
comportamiento.

9. ¿Por qué Reología?
Cual es el Origen de la Textura…?
Estructura Molecular
Interacción Molecular
Agua, gomas e hidrocoloides, grasas, proteínas, aire
Configuración de las partículas
Efecto externo
Fuerzas externas, deformación, temperatura
Proceso y Desempeño
Processability & Product Performance
Como se manifiesta?

10. Origen de las propiedades Reológicas
Escala Entes Involucrados Ejemplos
Molecular
Tamaño y tipos de moléculas
Moléculas Moleculas poliméricas
Interacciones entre grupos funcionales Entrelazamiento Químico
Configuración espacial Puentes de Hidrógeno
Extructura 1,2,3,4, proteínas
Ultraestructural
Macromoléculas
Cambios moleculares por
rompimiento (enzimas, Fotolisis,
Oxidación)
Interacciones naturales
Asociaciones e Interacciones
complejas (polímeros, proteínas)
Microestructural
Gotas, Burbujas y cristales
Coloides Fases agregadas y segregadas
Conformaciones de proceso Fibras y Filamentos
Películas
Macroestructural
Estructuras mayores Ensambles y enlaces
Fases Puentes partícula – partícula
Células, Tejidos, Extructuras

11. Usos de las propiedades reológicas en
proceso y manejo
• Diseño de tuberías y selección de bombas
• Diseño y análisis de equipos de extrusión
• Selección y operación de equipos de mezclado
• Diseño y operación de cambiadores de calor
• Procesos en los que se realizan recubrimientos
• Selección de envases y equipos de envase

12. Propiedades Reologicas
Extremos Clásicos
Solido Ideal -- [Fuerza Externa] -- Fluido Ideal
ACERO AGUA
Estructura Fuerte Estructura Debil
Rigidez Fluidez
Deformación Flujo
Retienen/recuperan forma Pierden Forma
Energía Almacenada Energía Disipada
(Elástico puro – R. Hooke, 1678) [Energía] (Viscoso puro – I. Newton, 1687)
ELASTICIDAD VISCOSIDAD
Modulo de Almacenamiento Modulo de Perdida
Comportamiento REAL
Sólido Aparente [Energía + tiempo] Fluido Aparente
- materiales viscoelásticos -

13. Comportamientos Reológicos

14. Deformación y Flujo de Corte
 =
F
A
y0
x(t)

Strain,  =
x(t)
y0
d x(t)
d t
Strain Rate  =
.
V
y0
Modulo de Corte G =


V
y
x
A
z
Deformación de Corte
Viscosidad  =


.

.
=

t
Esfuerzo Deformación

15. Modos de Deformación
Doblado
Compresión
Torsion
Rectangular
Tensión
Lineal
Rotational
Torsional
Shear

17. Deformación por compresión

18. Fluidos

19. Comportamiento Reológico de los
fluidos: Viscosidad vs Esfuerzo

20. Viscosidad vs Esfuerzo

21. Viscosidad Vs Tiempo
• Cambio de la Viscosidad con e
tiempo:
• Incrementa con el tiempo se
denominan reopécticos,
• Los que se hacen más fluidos se
denominan tixotrópicos.
Estos fenómenos se explican por la
aparición o rotura de nuevos enlaces
o interacciones intermoleculares por
la acción de la agitación, como en el
caso de los almidones, la masa del
pan o en la formación de emulsiones
como la mayonesa.
• La variación de las propiedades
reológicas puede ser reversible o
no. La tixotropía irreversible, =
Reomalaxis o Reodestrucción.

22. Comportamiento reológico de los
Sólidos Elásticos

23. Sólidos y Fluidos Viscoelasticos
La deformación cambia con el tiempo / La energía para mantener una
deformación constante es variable - Relajación

24. Textura de acuerdo a la definición de The
International Organization of Standardization
(Standard 5492, 1992):
“todos los atributos mecánicos (geométricos y
superficiales) de los alimentos, percibidos a
través de los receptores mecánicos y táctiles y
donde existan a través de receptores acústicos y
visuales”
TEXTURA
Todos esos atributos mecánicos pueden hoy ser medidos cuali
y cuantitativamente, analizados numérica y gráficamente

25. Métodos instrumentales de análisis de Textura
Expresión numérica de una característica del
producto, relacionada con las propiedades de
los materiales.
Métodos validables, reproducibles,
universales
¿Cómo medir la Textura?
Métodos sensoriales,
Percepción y Descripción de la sensación
Paneles entrenados, expertos
Mediciones subjetivas

26. ¿Para qué medir la Textura?
Desde el punto de vista del Fabricante:
Medir funcionalidad de equipos, procesos,
ingredientes y materiales en el proceso
productivo y su efecto en el producto final
Desde el perspectiva del Consumidor:
Predecir o anticipar las características
sensoriales y/o funcionales de un producto,
al emplear un equipo, proceso o ingrediente

27. Reología
Pruebas de
Materiales
Elasticidad
Plasticidad
Modulus
Textura
Análisis
Viscoelasticidad
Viscosidad
Origen del Análisis
Instrumental de Textura ?
 Masticabilidad
 Gomosidad
 Fracturabilidad
 Dureza & Suavidad
 Adhesividad

28. Como se mide
Viscosidad

29. Como se mide
Textura
• Sensorial
– Panel entrenado, Experto
• Instrumental
– Texturómetro

30. Fuerza / Esfuerzo
Deformación
• Deformación elástica o reversible el cuerpo recupera su
forma original al retirar la fuerza que la provoca la
deformación. En este tipo de deformación el sólido al variar su
estado tensional y aumentar su energía interna en forma de
energía potencial elástica solo pasa por cambios
termodinámicos reversibles.
• Deformación (visco)plástica o irreversible. Modo de
deformación en que el material no regresa a su forma original
después de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque la
deformación plástica el material experimenta cambios
termodinámicos irreversibles y al adquirir mayor energía
potencial elástico. La deformación plástica es lo contrario a la
deformación reversible.

31. Límite elástico
, siendo
Ley de Hooke

32. TEXTURA

33. TA.Xtplus
STABLE MICROSYSTEMS (UK)

34.  Probe begins to move from
start point towards sample
at pre-test speed
 When the probe registers a
force equal to the trigger
force the speed changes to
the test speed and the
system starts to collect data
Probe
Sample
Basic principle
Return to Start (Trigger)

35.  Probe continues to move
into the sample at the test
speed until the test is
complete
Probe
Sample
Basic principle
Return to Start (Trigger)
F
T

36.  When test is finished,
probe begins to move away
from sample at post-test
speed
Probe
Sample
Basic principle
Return to Start (Trigger)
F
T

37. Principles of Texture Analysis
 Compression
 Puncture & Penetration
 Cutting and Shearing
 Fracture & Bending
 Extrusion (Forward & Backward)
 Tension
 Adhesion

38. Compresión
 La muestra tiene un
área superficial igual o
menor que la el
diámetro de la sonda
utilizada
 Se utilizan diámetros
de 10mm a 100mm

39. Compresión
 El espesor de la muestra es H (puede
medirse automáticamente)
• La muestra es comprimida por la
sonda hasta una altura h
• La distancia de compresión es H - h,
puede darse en milímetros o en % de
deformación (% strain - requiere
calibración de sonda).
• Para deformaciones pequeñas,
podría ser utilizado para calculas en
modulo de elasticidad de Young
FORCE
H

40. Would you like to determine..
• The optimum
shelf life of
your product

41. Es la medición mas simple en el análisis Instrumental de textura, La
muestra se deforma y se miden la deformación y la resistencia del
material a la deformación
Deformaciones mayores por
compresión Uniaxial
• Causan Fracturas, Ruptura,
Dispersión, Texture Profile
• Se mide fracturabilidad,
Crocancia, Cohesividad,
Espersibilidad y muchas otras
características del producto.
• Análisis de perfil de textura
(TPA test).
• Deformaciones Pequeñas por
compresión Uni-axial
• Utilizadas para determinar
MODULOS ELASTICIDAD DE
YOUNG
• M. Youngs: E/D
Esfuerzo E= F/A
Deformación D = ΔL/L
• RESILENCIA: Energía acumulada
durante la compresión
• Representados por la pendiente y
el área bajo la curva ESFUERZO –
DEFORMACIÓN antes del “Límite
Elástico”
PRUEBAS DE PENETRACIÓN

42. You could be disappointed if...
• Your breakfast
cereal isn’t
CRISPY

43. Propiedades físicas de empaques
• Fuerza de selle
• Fuerza de apertura
• Fricción
• Resistencia de carga

44. Propiedades físicas y mecanicas de
equipos, piesas…
• Fricción

45. Otras pruebas de compresión
• Stress Relaxation Test (Prueba de relajación de
tensión)
• Creep Test (Prueba de arratre o recuperación)
• Dinamic Test (Pruebas dinámicas) TPA

46. PUNCTURE and PENETRATION
 Assumes the sample being tested is of larger
surface area than the contact area of the probe
being used
 Usually involves...
 small cylinder probes (up to 10mm diameter)
 needle probes
 conical probes
 Causes irreversible changes in the sample
 Involves both compressive and shear forces
Typical Measurement Result
F
t
Apples
Pears

47. PUNCIÓN Y PENETRACION
• Medir fuerza necesaria para introducir la
sonda una distancia fija o un tiempo definido
= PUNCIÓN
• Medir la distancia que penetra una sonda con
una fuerza constante = PENETRACION

48. Can you guarantee consistent..
Hardness?
Gel Strength?

49. You could be disappointed if...
• Your crisps
have no
CRUNCH

50. You may wish to assess the effects of
processing parameters on texture, e.g.
• Optimum cooking
time of French fries

51. PUNCIÓN Y PENETRACIÓN
 Conical probe is used for
situations where the stress may
vary during the use of the
product, e.g. spreading
Typical Measurement Result
F
t
Margarine
Butter

52. Do your customers expect
consistent...
• Spreadability (e.g. butter) Fruit Ripeness

53. Indentation

54. Cutting and Shearing
Knife/Guillotine Blade
 Force required to cut
or slice through a
sample
 Meat products
 Cheese
 Vegetable

55. Cutting and Shearing
Warner-Bratzler Blade
 Uses a notched blade
instead of a flat ended
blade
 Gives more of a
cutting action during
test

56. Do your customers expect
consistent...
• Tenderness (e.g. fish) Pasta Firmness

57. Cutting and Shearing
Volodkevich Bite Jaws
 Simulate teeth when
biting
 Final force and force
at yield indicate
toughness
 Toughness of meat
 Fibrousness of e.g.
vegetables
Sample

58. Do your customers expect
consistent...
• Tenderness (e.g. meat)

59. Cutting and Shearing
Wire Cutter
 Constant contact area
with sample
 Cutting is done by fine
wire
 Firmness and
spreadability of butter
 Consistency of cheese

60. You can quantify your product’s
eating quality, e.g.
• Fruit Ripeness
• Pasta Firmness
• Yoghurt Consistency
• Margarine hardness

61. Extrusion (Forward)
 Viscous liquids
 Gels
 Pastes
 Processed fruit and vegetables
 Creams
 Toothpaste
 Sample is forced through
orifice in bottom of pot
 Can simulate many real-life
situations

62. Extrusion (Backward)
 Sample is placed in a pot
 Piston is forced through sample
 Product extrudes around the disc
 Gels
 Viscous liquids and sauces
 Pastes
 Processed fruit and vegetables
Typical Measurement Result
F
t
Yoghurt
Cream

63. You may wish to assess various
ingredient effects on texture, e.g.
• Effect of starch
addition on
extrudability or
consistency of
mayonnaise, ketchup,
chocolate sauce, meat
paste etc.

64. You may wish to assess various
ingredient effects on texture, e.g.
• Effect of sugar type
and content on
stickiness of
confectionery
products

65. ANALISIS DE PERFIL DE TEXTURA
TEXTURE PROFILE ANALYSIS
APT / TPA

66. TPA

67. 1.Fracturability: Fracturabilidad, La facilidad con que el material romperá.
2.Hardness: Dureza, La fuerza necesaria para comprimir el material en una
cantidad definida.
3.Cohesiveness: Cohesividad, La fuerza de los puentes internos
4.Adhesiveness: La energía necesaria para romper la fuerza de atracción
entre la muestra y una superficie de contacto
5.Springiness: "Resortabilidad", La recuperación elástica que ocurre cuando la
fuerza de compresión es retirada.
6.Gumminess : Gomosidad, La energía decesaria para romper el alimento
semi-sólido antes de degluirlo
7.Chewiness : Masticabilidad, La energía necesaria para masticar una comida
sólida antes de tragar.

68. Definición de Pruebas
Preparación de ensayos
• Planeación
– Objetivo de las pruebas
• Desarrollo, control de proceso, control de calidad,
análisis de la competencia…
• Características del producto y la muestra
• Verificación Calibración
• Validación de métodos
• Evaluación y análisis de resultados

69. Definición de Pruebas
Preparación de ensayos (ISO 17025)
• Fase Pre-Analítica
– Planeación
• Tipo y Objetivo del análisis (Simulación vs Propiedades del material)
– Selección del método
• Experiencias previas (Rev. Literatura)
• Guía de aplicaciones
– Preparación y manejo de las muestras
• Fase Analítica
– Verificación calibraciones
– Replicas, promedios, celdas múltiples (incertidumbre, exactitud y
precisión del método)
– Control de parámetros
• Análisis de resultados

75. Características a medir