Cálculo de atividade de água em soluções eletrolíticas utilizando as equações de estado electrolattice e q-electrolattice

Abstract

A atividade de água (????) tem influência direta na deterioração, textura pigmentação e preservação dos nutrientes em alimentos. Tal propriedade quantifica a disponibilidade de água para atividade enzimática, química ou microbiológica, que define a vida de prateleira do alimento. Desta forma, torna-se relevante para a indústria de alimentos medir e controlar essa propriedade. Nesse sentido, tratamentos osmóticos que empregam soluções aquosas de açúcares e sais são usados para a desidratação de alimentos e, consequentemente, para o controle da ????. Conhecer a atividade de água da solução e do alimento é essencial para o projeto e otimização de tais processos. Há várias técnicas propostas na literatura para a determinação de atividade de água em soluções aquosas com eletrólitos utilizadas no processamento de alimentos. São utilizados nessa tarefa métodos baseados em equações empíricas, métodos baseados em modelos de energia de Gibbs de excesso (GE) e métodos que empregam equações de estado PVT. Dentre as técnicas utilizadas, os métodos que empregam equações de estado são mais raros de serem encontrados na literatura. Dessa maneira, nesse contexto, o presente trabalho tem como principal objetivo avaliar a performance das equações de estado Electrolattice e Q-Electrolattice na previsão e correlação da atividade de água de soluções contendo eletrólitos. Inicialmente, verificou-se a performance das equações Electrolattice e Q-Electrolattice na predição da atividade de água de soluções binárias, ternárias e quaternárias aquosas de sais, utilizando parâmetros disponíveis na literatura. Nesses casos; o modelo Q-Electrolattice apresentou o melhor desempenho com uma média de desvio em relação aos dados experimentais de 1,67%, sendo, portanto, tal equação empregada na próxima etapa do trabalho. A seguir, a equação Q-Electrolattice foi utilizada para correlacionar dados experimentais de ???? de soluções aquosas de sais e açúcares. Aqui, foram correlacionados dados de ???? dos seguintes sistemas: água+NaCl+açúcar (frutose, sacarose, glicose e xilose) a 25 ºC e água+açúcar (frutose, sacarose, glicose e xilose) a 35 ºC. A média do desvio médio relativo obtida na correlação foi de 1,38%. Por fim, testou-se os parâmetros determinados na correlação para prever os valores de ???? em soluções contendo água, NaCl e açúcar (frutose, sacarose, glicose e xilose) a 35 ºC, condição não utilizada no processo de estimação de parâmetros. Novamente, o modelo Q-Electrolattice apresentou bom desempenho com uma média geral de desvio relativo médio de 0,65%, validando, dessa maneira, os parâmetros estimados nesse trabalho. Os resultados apresentados mostraram a viabilidade da utilização da equação Q-Electrolattice para a previsão de atividade de água de soluções aquosas de sais e açúcares utilizadas como base para secagem osmótica de alimentos

The water activity (????) directly influences the deterioration, texture, pigmentation, and preservation of nutrients in food. This property quantifies the availability of water for the enzymatic, chemical, or microbiological activity that defines the shelf life of the food. In this way, it is relevant for the food industry to measure and control this property. In this sense, osmotic treatments that use aqueous solutions of sugars and salts are used to dehydrate food and, consequently, control ????. Predicting the water activity of the solution and the food is essential for the design and optimization of such processes. There are several techniques proposed in the literature to determine water activity in aqueous solutions with electrolytes. Methods based on empirical equations, methods based on excess Gibbs energy models (GE), and methods using PVT equations of state are used in this task. Among the techniques used, methods that employ equations of state are rarer to be found in the literature. Thus, in this context, the present work has the main objective of evaluating the performance of the Electrolattice and Q-Electrolattice equations in predicting and correlating the water activity of solutions containing electrolytes. Initially, the performance of the Electrolattice and Q-Electrolattice equations predicting the water activity of binary, ternary, and quaternary solutions of salts was verified, using parameters available in the literature. In such cases, the Q-Electrolattice model presented the best performance. An average deviation from the experimental data of 1.67% was obtained here. Therefore, that equation was employed in the next stage of the work. Next, the Q-Electrolattice equation was used to correlate experimental data of ???? in aqueous solutions of salts and sugar Here, ???? data from the following systems were correlated: water + NaCl + sugar (fructose, sucrose, glucose, and xylose) at 25 ºC and water + sugar (fructose, sucrose, glucose, and xylose) at 35 ºC. The average of the relative mean deviation obtained in the correlation was 1.38%. Finally, the parameters determined in the correlation were tested to predict ???? in solutions containing water, NaCl, and sugar (fructose, sucrose, glucose, and xylose) at 35 ºC, a condition not used in the parameter fitting process. The Q-Electrolattice model performed well with a general average deviation of 0.65%, thus validating the parameters estimated in this work. The results obtained here showed the feasibility of using the Q-Electrolattice equation to predict water activity in aqueous solutions of salts and sugars used as a basis for osmotic drying of food