Fundamentos básicos sobre actividad de agua (aw). Principios y Aplicaciones

Especialistas en
actividad de agua (aw)
& Isotermas de
sorción

LabFerrer
ab e e

Fundamentos básicos sobre
Fundamentos básicos sobre
actividad de agua (aw).
Principios y aplicaciones
Gema Rodrigo
Área de actividad de agua

www.lab‐ferrer.com

Webinar, 19 de junio de 2012

Definición y concepto de aw
p
La aw es la medida del estado de energía del agua en un
sistema

líquido

agua
g

vapor
(humedad)

muestra
t
La aw se mide equilibrando un producto con su fase de vapor y
midiendo la humedad relativa de esta fase de vapor

aw = p/po = %HRE/100
HRE = Humedad relativa en equilibrio
HRE H
d d l ti
ilib i
Fundamentos básicos sobre aw


Definiendo a
Definiendo aw
Potencial
Químico

Constante
de Gases 8,314 J mol‐1 K‐1
Temperatura
p

= o + RT l (f/fo)

RT ln
Potencial Químico
de la sustancia pura

Fugacidad


Sistema de Queso y Galletas
Sistema de Queso y Galletas
GALLETAS
Humedad (%)

4
0,30

Final

QUESO

Inicial

20

Humedad (%)

0,75

aw

60
0,90

Final
30
0,75

Hume
edad

Humedad

aw

Inicial

Tiempo
p


Tiempo
p


¿Pregunta?
La galleta y el queso se colocan juntos

Galleta

Queso

20% Humedad

30% Humedad

¿Hacia dónde se mueve el agua?


aw versus Contenido de Humedad
CONTENIDO DE HUMEDAD
•Cantidad cuantitativa de agua en una muestra sobre una base
“seca” o “húmeda”
•Una propiedad extensiva que depende de la cantidad
de material

ACTIVIDAD DE AGUA aw

 Medida cualitativa, mide estado del agua en un sistema
 Una cualidad interna que no depende de la cantidad de
material
i l



Ventajas de la a
Ventajas de la aw
La aw proporciona información detallada de:
• Desarrollo Microorganismos
• Migración de Humedad
Migración de Humedad
• Estabilidad Química
• Estabilidad Bioquímica
p
• Propiedades Físicas
• Vida Útil

EL CONTENIDO DE AGUA, NO!
, NO!


Isoterma de Sorción de Humedad
Isoterma de Sorción de Humedad
Isoterma de Sorción Típica

Actividad de Agua
Actividad de Agua



Factores que Controlan la a
Factores que Controlan la aw
Propiedades Enlazantes del Agua
Efectos coligantes o interacciones en Solutos Efectos de
Solutos,
capilaridad, Interacciones de superficie o efecto Matriz
La combinación de esos factores en los alimentos reduce la
energía del agua al compararla con agua pura

Efecto de la Temperatura
Ef
d l T
La aw depende de la Temperatura al influir en:
Temperatura,
uniones del agua, disociación del agua, solubilidad de solutos
en agua, estado de la matriz (cristalina o amorfa)
El efecto de la temperatura en la aw es específico de cada
producto. “Muy General ~ 0,002aw/ºC”


Efecto de la Temperatura II
Efecto de la Temperatura II

Aumento de la temperatura
Contenido constante de agua

Actividad de agua
g


¿Por qué es necesario medir la a
¿Por qué es necesario medir la aw?

ALIMENTOS POTENCIALMENTE PELIGROSOS aw  0,85

CLASIFICACIÓN FAO:
ALIMENTOS ALTAMENTE PERECEDEROS aw > 0,9
ALIMENTOS DE HUMEDAD INTERMEDIA aw = 0,6‐0,9
ALIMENTOS AUTOESTABLES aw < 06

Reglamento C.E.
R l
CE
2073/2005 Modificado
por el Reglamento C.E.
por el Reglamento C.E.
1441/2007 D.O.U.E.
7/12/200 y el FDA de
EEUU


Medida de la a
Medida de la aw
Como medir la aw
Métodos de Medida de la a
Métodos de Medida de la aw
‐ Higrómetros de cabello o polímero
‐ Diferencia en punto de congelación
‐ Equilibrio Isopiéstico
 Higrómetros Eléctricos
 P t d R í (D P i t)
Punto de Rocío (Dew Point)
Requerimientos para medir correctamente
Requerimientos para medir correctamente
la aw
‐ Estándares de Calibración
‐ Preparación de las muestras
‐ Temperatura de las muestras


Sensores de Propiedades Eléctricas
La humedad cambia las propiedades eléctricas de un material
higroscópico que está en equilibrio con el aire de la cámara de
medida.



Punto de Rocío (Dew
Punto de Rocío (Dew Point)
La muestra se equilibra en una cámara
sellada que contiene un espejo sobre el
que condensa el vapor de agua.
En el equilibrio la HR del aire en la
equilibrio,
cámara es igual que la aw de la
muestra.
Una célula fotoeléctrica y un termistor
detectan el punto exacto en el que se
produce la condensación y la
temperatura, respectivamente.


Espejo

Ventilador

Sensor
infrarrojo
Sensor óptico


Recomendaciones para medir la aw con
precisión
i ió
AOAC (Association of Analytical Communities) 978.19
ISO 7218 (Microbiology of food and animal feeding stuffs ‐ General rules for microbiological
examinations.InternationalOrganizationforStandardization)
Norma ISO 21807:2004 (Microbiology of food and animal feeding stuffs ‐
Determinationofwateractivity)
European Pharmacopoeia 7.1 (2.9.39Water‐solidsInteractions)
ISO 29621 (Cosmetics ‐ Microbiology ‐ Guidelines for the risk assessment and identification
ofmicrobiologicallylow‐riskproducts)

MEDIDOR BIEN CALIBRADO – BUENAS PRÁCTICAS DE MANEJO
Á
• Calibración/verificación por el usuario fácil y rápida
• Patrones o sales estándar de calibración
• Limpieza y mantenimiento fácil
PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS
TEMPERATURA DE LAS MUESTRAS


Patrones
Patrones
Suspensiones de SALES
SATURADAS
Sal
LiCl
MgCl
K2CO3
Mg(NO3)2
NaCl
KCl
K2SO4

aw a  25C
0,113  0,003
0,113 0,003
0,328  0,002
0,432  0,004
0,529  0,002
0 529 0 002
0,753  0,001
0,843  0,003
0,973  0,005
0 973 0 005

Soluciones de SALES NO
SATURADAS
Ecuación de Robinson y Stokes
aw = exp(‐nfcMw)
( fM
n,número de partículas activas por molécula de
soluto ( 2 para NaCl)
p
)
f, coeficiente osmótico
c,concentración del soluto (mol kg‐1)
Mw , peso molecular del agua (0,018 kg mol‐1)
Robinson, R.A. and Stokes, R.H. (1965).

Adaptado de Greenspan, L. (1977)



Limpieza



Verificación del medidor, buenas prácticas
Verificación del medidor buenas prácticas
Medir el Patrón de Verificación
M di l P t ó d V ifi ió
Correcto
(± 0,003
a w)

Medir otro
patrón
Correcto
(± 0,003
a w)

Listo para Medir


Incorrecto

Ajustar la Desviación

Incorrecto

Limpiar


Preparación de Muestras
Preparación de Muestras
– Emplear muestras representativas
– Prevenir el intercambio de humedad con el medio
– Temperatura de la muestra dentro de un intervalo de  2ºC

respecto a l temperatura d l cámara d medida
la
de la á
de
did
– No es recomendable picar/triturar las muestras, se puede
producir un aumento de temperatura



Bollería Industrial
Bollería Industrial
aw
Bizcochos

0,761

Croissants

0,845

Sobaos con mantequilla

0,737

Magdalenas Cuadradas

0,779

Boer Triple chocolate

0,364

Rosquillas de Cuaresma

0,809

Tarta de Manzana

0,809

Hojaldre de cabello de angel 0,814
Hojaldre con sésamo


0,338


Embutidos
Embutidos
curados
aw
Cabeza de lomo loncheada

Cortada
Triturada

0,911
0,913

Morcón loncheado

Cortado
Triturado

0,904
0,905

Fuet extra sin pimienta

Cortado

0,789

Longaniza tradicional en lonchas

Cortado

0,907

Longaniza de Vic

Cortado

0,904

Jamón Serrano en lonchas

Cortado

0,907



Calidad y Seguridad en Productos
Calidad y Seguridad en Productos
 Crecimiento
Microorganismos
 Estabilidad Química y
Bioquímica
q
 Propiedades Físicas
p
 Isotermas de sorción de
humedad



Seguridad Alimentaria
g
Sólo en los Estados Unidos:
76 millones de casos de enfermedades
325.000 hospitalizaciones y 5.000 muertes anuales
Fuente: Centro para Control de Enfermedades (CDC)

REGULACIONES PARA EL CONTROL MICROBIOLÓGICO
– http://www.aesan.msc.es/AESAN/web/cadena_alimentaria/s
p //
/
/
/
/
ubdetalle/criterios_microbiologicos_vida_util.shtml
– CFR ‐ Code of Federal Regulations Title 21, (approval as food
additives (21 CFR 570, 571 and 573). Colorings must have approvals for that
use as specified in 21 CFR 70 and be listed in Parts 73, 74, or 81)

– Reglamento (CE) no 882/2004 y 669/2009
– APCC – análisis de puntos críticos de control



Valores de aw limite para microorganismos
a o es
te pa a c oo ga s os



Desarrollo de microorganismos
Desarrollo de microorganismos
Efectos
de
distintos
valores de aw sobre las
curvas de crecimiento de
Staphylococcus aureus

Adapted from Troller, J. A. (1987). Adaptation and growth of microorganisms in environments with reduced
water activity. In: Water activity: Theory and applications to food Rockland, L. B. and Beuchat, L. R. eds. Marcel
Dekker, Inc.New York p.101‐117.


Estabilidad Química y Bioquímica
 Oscurecimiento No Enzimático
Oscurecimiento No Enzimático
 Oxidación Lipídica
 Degradación de Nutrientes
 Reacciones Enzimáticas




Veloc
cidad Relativa de Reacción

Diagrama de Velocidad de Reacción de oscurecimiento

Actividad de Agua



Oxidación Lipídica
Oxidación Lipídica
Una de las principales causas de
deterioro de alimentos Produce:
alimentos.
Olores y sabores desagradables
Disminución de la calidad
nutricional
Algunos
g
p
productos
son
potencialmente tóxicos
Todas las etapas de esta reacción
se ven afectados por la aw y la
Temperatura



Degradación de Nutrientes
Degradación de Nutrientes
La degradación de las vitaminas aumenta al
aumentar la aw
Ejemplo: disminución de la cantidad de
Vitamina C con el paso del tiempo

Degradación del ácido
Ascórbico a distintos
valores d aw y a
l
de
35°C
Labuza, T. P. 1974. Storage stability and improvement of
intermediate moisture foods. NAS Contract 9‐125‐60,
,
Phase II, Final Report:10‐81.


La aw es un indicador que permite predecir qué tipo de
reacciones ocurrirán en base a la composición del producto
ocurrirán,
La aw influye en la velocidad de
a
uye e a e oc dad
las reacciones.
El agua puede actuar como:
Solvente
Reactivo
Cambia la movilidad de los
reactantes (viscosidad)



Actividad Enzimática
Actividad Enzimática

Drapron, R. (1985) Enzyme activity a function of water activity. In Properties of Water in Foods.
Simato, D. and Multon, J.L. (ed.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands.



aw versus Propiedades Físicas
Propiedades Físicas
 Textura
 Migración de humedad
 Apelmazamiento y aglomeración



Textura
Productos Duros o Crujientes
• Valores de aw bajos
• Se quiebran cuando se les aplica
fuerza, son crujientes
,
j
• Se ablandan cuando se someten a
aw elevadas
Productos Suaves o Blandos
‐ aw de intermedio a alto
‐ Se doblan cuando se les aplica
presión
‐ Son húmedos, jugosos y suaves
‐ Se endurecen cuando se someten
a aw bajas


Migración de Humedad
La migración de humedad lleva a:
• cambios en la textura
• crecimiento microorganismos
• reacciones de degradación
• cambios organolépticos
Ejemplos d sistemas Multi‐componente
j
l de i
li
Queso/galletas, cereales con frutas, masas
horneadas – rellenos, masa para pizza
,
p
p
congelada – salsas, helados con barquillo,
sandwiches, bocadillos …



Apelmazamiento
El apelmazamiento es un proceso que depende de la aw, el
tiempo y la temperatura
Etapas de un proceso de apelmazamiento:
Humedecimiento
H
d i i t
Formación de uniones
Aglomeración
Compactación
Deliquescencia
Este problema es omnipresente en las industrias alimentaria
y farmacéutica


Isotermas de sorción de Humedad
Isotermas de sorción de Humedad


Ingredient 1
Moistu Conten (% w.b.)
ure
nt

Cada producto tiene su propia
p
p p
y única Isoterma de Sorción
de Humedad – debido a las
diferentes interacciones
(coligativas, capilaridad, …)
entre el agua y los
entre el agua y los
componentes sólidos a
diferentes contenidos de
diferentes contenidos de
humedad

Ingredient 2

Combined

25
20
15
10
5
0
0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Water Activity


Tipos de Isotermas de Sorción
Tipos de Isotermas de Sorción
Tipo I, Azúcares cristalinos
Tipo II, Mayoría de Alimentos
Tipo III, Antiaglomerantes
Tipo III, Antiaglomerantes



Contenido
I. Definición de aw
II. Medida de la aw
III. Aplicaciones de la a
III Aplicaciones de la aw
• Calidad y Seguridad
en Productos
• Control de la aw
Control de la a



Aditivos
HUMECTANTES:
sal,
sal
azúcares,
azúcares
glicoles,
glicoles
aminoácidos, polímeros, ácidos
(
(cítrico y láctico), nitratos y
),
nitritos,
polifosfatos
o
difosfatos sódico
AGENTES ANTI‐AGLOMERANTES



Tecnología de Barreras
Tecnología de Barreras
La tecnología de barreras es
hoy día la forma común de
conservación de los alimentos.
Integra diferentes métodos de
conservación aplicados de
forma combinada sobre el
alimento.



La aw como herramienta de control
 Cumplir con leyes y normativas
 Ensayos de Vida Útil
 Formulación de Productos
 Inspección de Ingredientes
 Control de Proceso
 Control de Calidad



Normas para elaborar tablas de decisión



Ensayos de Vida útil

Aspecto sensorial
(color, olor, textura)
( l
l
)

Tiempo de conservación de un
producto hasta que se produce el
Carga
deterioro, caracterizado por un microbiológica
conjunto d cambios que l h
j t de
bi
lo hace
inaceptable para el consumo
Conocer
los
mecanismos
que
producen
la
pérdida
de
la
aceptabilidad
permite
plantear
estrategias para aumentar la vida útil
que no afecten a las características
nutricionales y sensoriales del
alimento

Aspectos
sanitarios


Formulación de Producto (I+D+i)
Diseño y formulación de nuevos alimentos y productos
Si se comienza con el concepto de aw entonces los nuevos
productos serán seguros, tendrán una máxima vida útil y
serán de la más alta calidad
Los datos de la aw se
pueden ser usar para
predecir riesgos o cambios
potenciales en nuevos
t i l
productos



Inspección de Ingredientes
Especificar los niveles de aw a
los
proveedores
de
ingredientes para asegurar un
producto consistente
Al cambiar la aw de un
producto, pueden aparecer
problemas tanto en el
proceso
como
en
su
almacenamiento
l


Madrid, 15 de junio de 2012

La aw en el Control de Proceso
Medir la aw confirma la vida útil,
calidad y seguridad de los
productos durante el proceso
productivo
d i
Permite evaluar y controlar los
lotes. Homogeneidad
Calcular las mermas
Balance
de
producción,
importancia económica
Aporta información para inspecciones o quejas de clientes


Control de Calidad
Control de Calidad
• Cumplir con las normas de
producto, exportación
prod cto e portación
• Estabilidad del producto, evitar el
deterioro (microorganismos),
oxidación de lípidos
(enranciamiento) ...
(
i i t )
• Expresar la composición



Puntos críticos de control, a y pH
Puntos críticos de control aw y pH
Medidas preventivas
para controlar el
desarrollo de Salmonella
enteritica,
enteritica
Staphylococcus aureus i
Listeria monocytogenes
Listeria monocytogenes
durante la elaboración
de productos cárnicos
fermentados



Gracias por asistir al Seminario de aw
LabFerrer
Especialistas en actividad de agua (aw) & I t
E
i li t
ti id d d
( ) & Isotermas de sorción
d
ió
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