INGENIERIA EN PROCESOS INDUSTRIALES
AREA DE MANUFACTURA
ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Practica No. 2
“Disoluciones”
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE CD. JUAREZ
Grupo PIW51
Integrantes:
Walter López
Iván Arce
Profesor:
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Reporte de Practica Materiales, Guías, Proyectos, Investigaciones de Ciencia de materiales
Propiedad de los Materiales, practica de chocolate y sus propiedades fisicas y quimicas
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2018/2019
1 / 9
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INGENIERIA EN PROCESOS INDUSTRIALES
AREA DE MANUFACTURA
ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Practica No. 2 “Disoluciones”
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE CD. JUAREZ
Grupo PIW
Integrantes:
Walter López
Iván Arce
Profesor:
Martes, 19 de noviembre de 2019
Objetivo
El chocolate es un alimento solido o semisólido que es producido por un proceso de molienda de los frutos del cacao después que ellos han sido tostados. Mientras los granos son molidos, se extrae un líquido el cual es el ingrediente elemental de todo producto de chocolate. Es decir, existen partículas de diferentes ingredientes dentro de una barra de chocolate, leche, cacao, carbohidratos, proteínas entre otras vitaminas y minerales, pero ¿Qué sucedería si sometemos una barra o distintas barras de chocolate a una prueba térmica?
En esta práctica observaremos los cambios que se generan tras completar esta prueba: antes, durante y después del proceso, observaremos sus cambios, tanto en sabor y consistencia, como en su apariencia y así poder asociarlos a una clasificación de Polimorfos obteniendo su punto de fusión.
Introducción
El chocolate está compuesto de mantequilla de cocoa, carbohidratos, proteínas, y una pequeña porción de vitaminas y minerales. El color marrón es el resultado del pigmento natural de los granos de cocoa, mientras que el aroma es el resultado de los aceites encontrados en los granos de cocoa.
Un mismo compuesto puede cristalizar con más de una estructura. Se trata de la misma molécula pero que se apila en el espacio de varias formas distintas creando estructuras cristalinas diferentes. Se les llama polimorfos y al fenómeno polimorfismo, y es de importancia vital. Cada una de esos polimorfos tiene su propio patrón de difracción, tienen un carnet de identidad diferente. Y lo que es más importante, sus propiedades físicas y químicas son distintas. Estamos hablando de grafito y diamante, de aragonito y calcita, pero también de chocolates y de fármacos.
Un sólido cristalino puede describirse como la repetición en el espacio de una celda unidad. Estas celdas pueden tener distintas geometrías y poseer distintas propiedades como punto de fusión y entalpía de fusión. La mejor técnica para estudiar las geometrías es la difracción de rayos X. Las muestras se colocan en un portamuestra y se someten a la acción de los rayos X. De acuerdo con orden que posea la estructura cristalina del material en estudio se obtiene un difractograma con distintos picos. Cada tipo de celda cristalina posee difractogramas con picos particulares.
Figura 1. Microestructura del chocolate observada mediante microscopia diferencial de barrido.
De entre todos los componentes del chocolate, el que presenta un complejo comportamiento polimórfico, decisivo para la obtención de las propiedades deseadas del producto final, es la manteca de cacao, la cual está básicamente constituida por triacilgliceroles. Como se muestra en la Figura 1, la molécula de triacilglicerol consiste en un triester de un glicerol con tres ácidos grasos (cadenas). La nomenclatura utilizada para designar e identificar los triacilgliceroles se basa en la secuencia de los ácidos grasos que los constituyen. De este modo, los tres triacilgliceroles básicos de la manteca de cacao son el POP, POS y SOS, constituidos por ácido palmítico (P), oleico (O) y esteárico (S). Estos triacilgliceroles presentan un comportamiento polimórfico altamente complejo, basado en la existencia de hasta siete formas polimórficas diferentes, para cada uno de ellos, las cuales son muy difíciles de aislar del resto puesto que se encuentran coexistiendo con otras formas en la mayoría de condiciones experimentales. Cabe añadir que las técnicas que permiten identificarlas, tales como las técnicas espectroscópicas de Infrarrojo y Raman o la difracción de rayos X, aportan unos patrones muy parecidos para las distintas formas, de modo que su identificación no es siempre evidente, hecho que obliga a acudir a técnicas todavía más potentes, como la difracción de rayos X con radiación sincrotrón.
Cuando los triacilgliceroles POP, POS y SOS se encuentran mezclados en la manteca de cacao, ésta exhibe un comportamiento polimórfico basado en la presencia de seis formas: formas I a VI, en orden creciente de estabilidad. La característica principal que permite definir el polimorfo deseado para que el chocolate presente las propiedades esperadas por el consumidor es su punto de fusión. Como se muestra en la Figura 2(a), cada forma presenta un punto de fusión distinto y, de todas ellas, la que es promocionada por la industria chocolatera es la forma V. En el proceso de fabricación del chocolate, la manteca de cacao debe estar presente en su forma V, puesto que
funde a una temperatura de 32-33ºC, que coincide con la temperatura de nuestra boca. De este modo, en introducir una pieza de chocolate en nuestra boca, ésta fundirá enseguida, confiriéndonos una sensación refrescante. Esta temperatura de fusión también es adecuada por ser superior a la temperatura de nuestros dedos (de unos 28ºC aproximadamente), de modo que podemos coger la pieza de chocolate sin que funda antes de degustarla.
Figura 2. (a) Temperatura de fusión de los seis polimorfos de la manteca de cacao. (b) Perfil de fusión de la forma V. (c) Morfología de los cristales de forma VI.
Además, esta forma V presenta un perfil de fusión muy especial y característico. En la Figura 2b se muestra la correspondiente evolución de su contenido de grasa sólida en función de la temperatura. Se observa que el contenido en grasa sólida prácticamente no disminuye hasta la temperatura de fusión, manteniendo su carácter crujiente, su snap. En aumentar la temperatura hasta su temperatura de fusión, el contenido en grasa sólida disminuye de manera brusca, momento en que tiene lugar la potente emanación del sabor.
Figura 3. Efecto Terciopelo (a) Imágenes macroscópicas (cedidas por el maestro chocolatero Enric Rovira). (b) Imágenes de microscopia electrónica de barrido.
Resultados y discusión
Tomando en cuenta las clasificaciones de Polimorfos (Ver Figura 4) y sus características, podemos llevar a cabo nuestra práctica y finalizar, cada uno de nuestros chocolates tiene su punto de fusión y sus propiedades únicas y específicas.
Figura 4. Muestra de Polimorfos y su punto de fusión.
Cada uno de los chocolates muestras una estructura diferente a simple vista, el chocolate Abuelita por ejemplo se muestra un poco más duro que los demás, al contrario del chocolate Hershey’s el cual muestra una estructura más suave.
Los chocolates con polimorfos del I al IV, con puntos de fusión más bajos, se derriten muy fácilmente como lo es en el caso de un Chocolate de tipo cremoso, algunos chocolates se deforman fácilmente debido a esto, por lo que es difícil sacarlos de su contenedor y nos manchan los dedos al tratar de agarrarlos. El chocolate cristalizado del polimorfo VI, tiene el aspecto de ese polvo cristalino de color blanquecino que “florece” como lo son los chocolates duros como el chocolate Abuelita, con el tiempo cuando el chocolate se somete a cambios bruscos de temperatura, se recristaliza. El polimorfo V con un punto de fusión de 33.8 °C es el que debe obtenerse para que el chocolate se funda lenta y gustosamente en la boca como lo es el chocolate Hershey’s.
Al someter nuestros chocolates a esta prueba pudimos observar lo siguiente (Ver Tabla
Tabla 1. Composición y estructura de los Chocolates
COMPOSICIÓN Azúcar Leche Niveles de cacao
ESTRUCTURA TAMAÑO DE PARTÍCULA
TEXTURA PUNTO DE FUSIÓN °C MUESTRA Oso 7.0 g 7.0 g 22% VI .12 mm Arenoso 32 C Hershey’s 12.8 g 7.5 g 10% IV .10 mm Ceroso 25 C Carlos V 10 g 21 g 11% IV .11 mm Ceroso 23 C Abuelita 22.2 g 5.9 g 26% V .25 mm Pegajoso 31 C
Gracias a esta tabla podemos determinar que el Polimorfo que más se puede observar es el Polimorfo IV, el cual tiene como característica principal, derretirse a una temperatura corporal de 37 C, al contacto con nuestras manos, o al introducirlo a nuestra boca.
Conclusiones
Se pudo observar el cambio de propiedades en nuestros chocolates al someterlos a la prueba, se analizó cada una de las porciones, en cuanto al sabor, la textura, el color, el olor, y pudimos llegar a la conclusión de que un chocolate puede tener más de un ingrediente que le haga cambiar totalmente su estructura, una variación de porcentajes en su proceso lo cual hacen diferente uno de otro, como los chocolates que denominamos como chocolates “suaves” hasta los que denominamos chocolates “duros”, la gran concentración de Azúcar que tienen los “duros” hacen que tengan un punto de fusión más alto que el de los chocolates “suaves” por lo tanto los chocolates “duros” se encuentran siempre en la clasificación de Polimorfos V a la VI y el de los