Todos los panaderos saben que usar ingredientes de alta calidad es esencial al preparar alimentos horneados para sus clientes.

Los panaderos artesanales revisan con detalle y de forma constante la calidad de sus ingredientes para asegurar que sus productos tengan los mejores componentes. Uno de los ingredientes más ignorados durante la pani­ficación es el agua. La calidad del agua puede afectar signifi­cativamente el sabor y la textura. De hecho, muchos panaderos están convencidos de que el agua tiene un gran impacto en la calidad del producto ­final, mucho más que cualquier otro factor. Un buen ejemplo es el agua de la legendaria ciudad de Nueva York.

Desde la pizza hasta las baguettes, esta cuidad es famosa por sus delicias culinarias. Esto lleva a mucha gente a creer que la dureza de calcio y magnesio del agua de la red pública es lo que hace a la comida tan irresistible. La dureza del agua, así como otros parámetros como el pH y los sólidos totales disueltos, pueden afectar la textura del pan. La dureza es especialmente importante ya que afecta directamente la función del gluten en el pan.

Debido a que el agua representa cerca del 40% del total de la masa del pan, la presencia de cualquier mineral disuelto en el agua puede alterar signifi­cativamente las características y calidad del pan.

Generalmente una dureza de 50 a 100 ppm de carbonato de calcio se considera ideal para la panadería. A estos niveles las sales minerales presentes en el agua tienen un efecto de reforzamiento en el gluten de la masa. El agua con una dureza superior a 200 ppm puede alentar la fermentación y compactar demasiado la estructura del gluten, los cual puede hacer difícil el mezclado. Aumentando la cantidad de levadura de la masa se puede superar este problema.

Por otro lado, un agua suave de 0-50 ppm de carbonato de calcio será de­ficiente para proporcionar estructura al gluten y puede resultar un pan suave, pegajoso y que es difícil de mezclar. El agua suave también puede acortar el tiempo de fermentación y dar un producto de muy pobre textura y color.

Los panaderos pueden agregar alimento mineral para las levaduras para ayudar a estabilizar el agua con sales minerales complementarias y compensar el agua suave.

Aplicación

Una panadería artesanal contactó a HANNA instruments para buscar una forma de medir la dureza del agua que empleaban en sus panes. Ya tenían un sistema de tratamiento, pero querían un equipo sencillo y fácil de manejar para verifi­car la efectividad de su tratamiento. HANNA instruments sugirió el fotómetro para dureza total HI97735. El cliente apreció que el método de bajo rango del HI97735 fuera de 0 a 250 ppm CaCO₃, que cubría perfectamente su intervalo de 50 a 100 ppm. La operación sencilla permitió al cliente usar el equipo aún con poco conocimiento técnico. El temporizador incluido para seguir la reacción química eliminó las dudas asociadas con la operación y mediciones en el fotómetro, asegurando el tiempo adecuado para que el reactivo y la muestra reaccionaran convenientemente antes de realizar la medición. Además, el diseño portátil ocupa muy poco espacio y permite guardarlo de forma muy sencilla. En general el cliente quedó muy satisfecho con el instrumento y tuvo resultados muy exactos en la medición de la dureza del agua para la preparación del pan. Esto dio muy buena consistencia y calidad a sus productos de panadería.

Especificaciones del HI97735

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¿Qué significa la dureza del agua? La dureza del agua se refiere a la cantidad de minerales disueltos en el agua principalmente de calcio y magnesio. Con base en la concentración de estos minerales disueltos, el agua puede clasificarse como “blanda” o como grados variables de “dura” (Tabla 1), donde dichos minerales son inherentes a la fuente de agua debido a la ubicación geográfica y la composición de la tierra.

Figura 1. Rangos de concentración de dureza del agua en miligramos por litro. [1]

¿Cómo puedo saber si tengo agua dura?

Si los niveles de dureza son lo suficientemente altos como para considerar que el agua es “dura”, es posible que sienta los efectos al usar jabón. Los altos niveles de calcio y otros minerales disueltos presentes en el agua dura reaccionan con el jabón, produciendo menos espuma, reduciendo la efectividad general del agente de limpieza y eventualmente formando depósitos conocidos como “espuma de jabón”. Si alguna vez ha lavado una gran cantidad de platos y ha notado la presencia de manchas y / o películas después del lavado y secado, comprende las consecuencias estéticas que el agua dura puede tener en el proceso de limpieza. Sin embargo, cuando se calienta agua dura, estos minerales disueltos son más propensos a precipitarse. La sal más común es el carbonato de calcio (CaCO3), que tiene el potencial de causar costosos problemas mecánicos tanto para los usuarios de agua industriales como domésticos. Estos depósitos a menudo se denominan “escamas”, que pueden aumentar los costos de calentar el agua y reducir la eficiencia y la vida útil de los calentadores de agua eléctricos y otros equipos. El CaCO3 también puede acumularse en las tuberías, reduciendo la presión y provocando obstrucciones. Como tal, la medición de la dureza del agua se mide comúnmente en el tratamiento de agua y en las aplicaciones industriales basadas en agua, como agua potable, aguas residuales y torres de caldera y enfriamiento.

El calcio y el magnesio son los dos componentes que se utilizan para determinar la dureza total del agua, ya que ambos son los principales contribuyentes. Los resultados de la dureza se expresan como miligramos de CaCO3 equivalentes a la cantidad total de calcio y magnesio presentes en un litro de agua, o mg/L de CaCO3.

¿Cómo medir la dureza del agua?

La titulación es el método más conocido cuando se trata de medir la dureza del agua, donde el calcio y el magnesio forman complejos con el titulante EDTA. Al realizar esta titulación con un titulador potenciométrico automático, existen dos formas diferentes de llevar a cabo esta reacción: (1) con un electrodo selectivo de iones de calcio (ISE), o (2) un electrodo fotométrico. El uso de uno frente al otro se basa en el objetivo de medición general y la preferencia del usuario, y ambos métodos tienen ventajas y desventajas (Figura 3). Detallaremos las diferencias entre los dos procedimientos a continuación para ayudarlo a determinar qué método es más apropiado para su aplicación.

Figura 3. Pros y contras de la determinación de la dureza con un electrodo fotométrico y ISE. [3]

Método ISE de calcio

En presencia de solución TRIS, el ISE de calcio se puede utilizar para detectar tanto el calcio como el magnesio en una titulación, donde cada ion se diferencia y se muestra como su propio punto de equivalencia específico (Figura 4). Una vez completada la titulación, los resultados se calculan automáticamente para la dureza total, dureza del calcio y dureza del magnesio. Esto permite usar una muestra para los tres analitos. Sin embargo, este método requiere costos iniciales y recurrentes ligeramente más altos para los materiales y consumibles necesarios. Además, el ISE requiere más tiempo para la preparación y el mantenimiento de los electrodos.

Figura 4. Titulación de dos puntos de equivalencia (EQPT) mediante el método ISE de calcio, donde EQPT 1 (7.528 mL) se refiere a la dureza del calcio y EQPT 2 (1.682 mL) se refiere a la dureza del magnesio.

Método de electrodo fotométrico

 Según lo dictado por los métodos estándar para el análisis de agua potable y agua residual [3], la dureza total y la dureza del calcio se pueden determinar con un indicador de color, donde la dureza del magnesio se calcula por deducción como se muestra a continuación:

Dureza del magnesio = dureza total (titulación # 1) – dureza del calcio (titulación # 2)

En presencia de un indicador, la solución que se está midiendo cambiará de color, lo que indica el final de la titulación. Los indicadores se utilizan cuando se titula manualmente la dureza y también se pueden utilizar en la titulación automática con el uso de un electrodo fotométrico. Cuando las titulaciones manuales a menudo se ven afectadas por errores humanos (debido a la determinación subjetiva del punto final del color), las titulaciones automáticas omiten esta subjetividad mediante el uso de un electrodo para detectar el cambio de color.

Con el lanzamiento de los electrodos fotométricos basados en aplicaciones de Hanna Instruments, esta detección alternativa de indicadores de color es ahora más accesible y asequible que nunca. Al crear cuatro electrodos fotométricos diferentes en longitudes de onda variables, Hanna Instruments ha reducido significativamente el costo de la determinación fotométrica.

Los electrodos fotométricos requieren un mantenimiento mínimo y costos recurrentes significativamente más bajos donde, para los clientes que actualmente realizan pruebas mediante titulación manual, los procedimientos y productos químicos actuales se pueden transferir sin problemas a la automatización. Sin embargo, para determinar todos los componentes de dureza con esta metodología, se requieren dos valoraciones separadas (y por lo tanto dos muestras separadas). Para algunos, esto puede resultar problemático para el procesamiento de alto rendimiento o cuando existen limitaciones por un volumen de muestra pequeño.

Figura 5. Procedimiento de determinación de la dureza por ISE y método fotométrico.

En resumen:  al investigar opciones para la automatización interna de la dureza del agua, es importante considerar los medios y objetivos para hacerlo:

1. ¿Realiza actualmente titulaciones manuales y prefiere limitar los cambios en el procedimiento?
2. ¿Tiene un alto rendimiento (> 25) de muestras por día?
3. ¿Cuánto tiempo se dedicará a las pruebas diarias?
4. ¿La gran mayoría de las muestras requieren dureza total y dureza de calcio y magnesio?
5. ¿Cuál es la formación técnica de quienes realizan los análisis?

Al responder estas preguntas, estará mejor equipado para determinar qué metodología es la más apropiada para su aplicación y organización.

Especificaciones de ISE de calcio HI4104

Especificaciones de electrodos fotométricos HI90060x

Fuente: https://blog.hannainst.com/photometric-electrodes-water-hardness-water-quality

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La dureza del agua se refiere a la cantidad de minerales disueltos en el agua y en gran parte es el resultado del calcio y el magnesio. Con base en la concentración de estos minerales disueltos, el agua se puede clasificar en “blanda” o como diferentes grados de “dureza” (Figura 1), donde tales minerales son inherentes a la fuente del agua debido a la ubicación geográfica y la composición de la tierra.

¿Cómo podemos saber si tenemos un agua dura?

Si los niveles de dureza son lo suficientemente altos como para considerar que el agua es “dura”, es posible que se sientan los efectos cuando se usa jabón. Los niveles altos de calcio y otros minerales disueltos presentes en el agua dura reaccionan con el jabón, produciendo menos espuma, reduciendo la efectividad del agente de limpieza y eventualmente formando depósitos conocidos como “espuma de jabón”. Si alguna vez ha lavado una gran cantidad de platos y ha notado la presencia de manchas y/o películas después de lavar y secar, comprende las consecuencias estéticas que el agua dura puede tener en los procesos de limpieza. Sin embargo, cuando se calienta el agua dura, estos minerales disueltos son más propensos a precipitarse. El compuesto más común es el carbonato de calcio (CaCO₃), que tiene el potencial de causar costosos problemas mecánicos tanto para los usuarios de aguas domésticas como industriales. Estos depósitos comúnmente se denominan “escamas”, los cuales pueden aumentar los costos de calentar el agua y reducir la eficiencia y la vida útil de los calentadores de agua eléctricos y otros equipos. El CaCO₃ también se puede acumular en las tuberías, lo que reduce la presión y provoca obstrucciones. En general, la medición de la dureza del agua se realiza comúnmente en el tratamiento de agua y aplicaciones industriales basadas en agua, tales como agua potable, agua residual y torres de enfriamiento.

Cuando se realiza la medición de la dureza del agua, el calcio y el magnesio son los dos constituyentes usados para determinar la dureza total del agua debido a que ambos son los mayores contribuidores. Los resultados de la dureza se expresan en miligramos de CaCO₃ equivalente a la cantidad total del calcio y magnesio presente en un litro de agua, o mg/L de CaCO_3.

¿Cómo puedo realizar la prueba de la dureza del agua?

La titulación es el estándar de referencia cuando se mide la dureza del agua, donde el calcio y el magnesio forman complejos con el titulante, EDTA. Cuando se realiza esta titulación con un titulador potenciométrico automático, existen dos formas diferentes para controlar esta reacción: (1) con un electrodo de ion-selectivo de calcio (ISE), o (2) un electrodo fotométrico. El uso de uno frente al otro se basa en el objetivo de medición general y la preferencia del usuario, ambos métodos tienen ventajas y desventajas (Figura 2). Detallaremos las diferencias entre los dos procedimientos para ayudarlo a determinar qué método es más apropiado para su aplicación.

Método de ISE de calcio

En presencia de la solución amortiguadora TRIS, el electrodo ISE de calcio se puede utilizar para detectar tanto el calcio como el magnesio en una titulación, donde cada ion se diferencia y muestra con su propio punto de equivalencia específico (Figura 3). Una vez completada la titulación, los resultados son calculados automáticamente para la dureza total, la dureza de calcio y dureza de magnesio. Esto permite utilizar una sola muestra para los tres analitos, beneficiando a los usuarios que tienen un alto número de muestras. Sin embargo, este método requiere costos iniciales y recurrentes ligeramente más altos para los consumibles y materiales necesarios; un electrodo de ion selectivo tiene un costo promedio entre $800 y $1000 dólares. Además, los electrodos de ion selectivo requieren más tiempo para la preparación y mantenimiento, representando una curva de aprendizaje más profunda para quienes no están familiarizados con los electrodos de ion selectivo.

Figura 3. Titulación de dos puntos de equivalencia (EQPT) mediante el método ISE de calcio, donde EQPT 1 (7.528 mL) se refiere a la dureza de calcio y el EQPT 2 (1.682 mL) se refiere a la dureza de magnesio.

Método de electrodo fotométrico

Según lo dictado por los Métodos Estándar para la examinación de agua potable y aguas residuales ⁽³⁾, la dureza total y la dureza de calcio se pueden determinar con un indicador de color, donde la dureza de magnesio se calcula por deducción, como se muestra en la siguiente ecuación:

Dureza de magnesio = Dureza total (Titulación No. 1) – Dureza de calcio (Titulación No. 2)

En presencia de un indicador de color, la solución de prueba cambiará de color, lo que indica el punto final de la titulación. Los indicadores de color se utilizan cuando se titula manualmente la dureza y también se pueden utilizar en la titulación automática con el uso de un electrodo fotométrico. Las titulaciones manuales usualmente se ven afectadas por los errores humanos (debido a la determinación subjetiva del punto final del color), las titulaciones automáticas omiten esta subjetividad mediante el uso un electrodo para determinar el cambio de color.

Con el lanzamiento de los electrodos fotométricos basados en aplicaciones de Hanna Instruments, esta detección alternativa de indicadores de color es ahora más accesible y asequible que nunca. Al crear cuatro diferentes electrodos fotométricos en diferentes longitudes de onda, Hanna Instruments ha reducido significativamente el costo de una determinación fotométrica, permitiendo la compra de una longitud de onda única a aproximadamente $400 dólares en lugar de un electrodo innecesario basado en longitudes de onda múltiples, que cuesta más de $3,000 dólares. Los electrodos fotométricos requieren un mantenimiento mínimo y costos recurrentes significativamente más bajos donde, para los clientes que actualmente realizan pruebas mediante titulaciones manuales, los procedimientos y los reactivos químicos actuales se pueden transferir sin problemas a la automatización. Sin embargo, para determinar todos los componentes de la dureza con esta metodología, se requieren dos titulaciones separadas (y por lo tanto dos muestras separadas). Para algunos, esto podría ser problemático para el procesamiento de alto rendimiento o cuando existen limitaciones con un volumen de muestra pequeña.

Breve resumen:

Para resumir, al investigar las opciones para la automatización interna de la dureza del agua, es importante considerar los recursos y los objetivos para hacerlo.

1. ¿Realiza actualmente titulaciones manuales internas y prefiere limitar los cambios al procedimiento?
2. ¿Tiene un alto número de muestras por día (>25)?
3. ¿Cuánto tiempo se asignará a las pruebas diarias?
4. ¿La gran mayoría de las muestras requieren la dureza total, dureza de calcio y magnesio?
5. ¿Cuáles son los conocimientos técnicos de quienes realizan las pruebas?

Al responder estas preguntas, estará mejor equipado para determinar qué metodología es la más apropiada para su aplicación y organización

A continuación, se mencionan las especificaciones de los electrodos fotométricos HI90060x.

Fuente:

^[1] USGS (https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/hardness-water?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects)
^[2] USGS (https://www.usgs.gov/media/images/map-water-hardness-united-states)
^[3] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Methods 2340 C. and 3500-Ca D., EDTA Titrimetric Method

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