ISOTERMA DE ABSORCION

1. OBJETIVOS:

Elaborar la isoterma de absorción de un alimento deshidratado y observar la influencia que tiene la actividad de agua sobre la estabilidad física, química y microbiología del alimento.

Observar

2. MATERIALES Y REACTIVOS:

Material de laboratorio:

balanza analítica cajas petri desecadores espátula vasos precipitado cámaras de humedad

Reactivos:

acetato de potasio 257gr /100gr de agua carbonato de potasio 116gr /100gr de agua sulfato de amonio 77gr /100gr de agua sulfato de potasio 11gr / 100gr de agua

3. PROCEDIMIENTO:

1. Preparar soluciones saturadas de cuatro de las sales de tal forma que comprenda una escala de aw la más amplia posible. Llenar la parte inferior de los desecadores con dichos desecadores hasta una altura tal que no moje la placa soporte de porcelana.

2. Pesar 5 gramos de leche deshidratada en cada una de las cajas petri previamente colocadas sobre un soporte de porcelana de cada uno de los desecadores, taparlos y mantenerlos a una temperatura estable de 20 a 25 ºC con ayuda de una estufa o un cuarto de incubación dependiendo de las instrucciones que se tengan

3. Al cabo de 15 días determinamos el contenido de humedad de cada una de las muestras.

4. Observamos las características físicas del alimento así como su aspecto, color y crecimiento microbiano.

5. Calcular la cantidad de agua absorbida en cada caso

6. Graficamos el contenido de humedad de la muestras contra la aw de sus respectivos secadores

4. CALCULOS:

5. RESULTADOS:

6. CUESTIONARIO:

1. ¿A que se llama actividad del agua y como se calcula?

Es el potencial del agua que puede tomar en parte en los procesos de deterioro de algunos alimentos (aw) su rango es de 0-1 y una medida de disponibilidad de agua de un alimento para llevar a cabo diferentes reacciones y está relacionada con la humedad relativa (HR)

aw= % HR/100

aw= moles de agua / mol de agua + mol de soluto

2. ¿Con base en sus resultados, mencione a que aw el alimento conserva sus características originales? ¿Por qué?

Para que el alimento conserve sus características originales debe estar expuesta aun aw menor a 0.65 en este rango el alimento puede conservarse durante meses, años

3. ¿A qué se deben los cambios producidos en el sistema con una aw comprendida entre 0.7-0.96?

4. ¿Qué es la histéresis?

En química, podemos encontrar compuestos cuyo cambio de fase no se produzca a la misma temperatura en ambos sentidos. Los geles de agar, por ejemplo, se licua a cierta temperatura, y no vuelve a gelificar hasta a la no baja de otra temperatura, que puede ser 10 o 20 grados Celsius inferior. A temperaturas intermedias entre la temperatura de licuefacción y la de gelificación, el estado dependerá de su historia térmica.

El potencial químico del agua en el suelo, a iguales contenidos de humedad, dependerá del sentido en que se siga la curva (de absorción o desorción respectivamente). Para un potencial mátrico dado, la cantidad de agua retenida por un suelo es mayor cuando el suelo se encuentra en proceso de desecación que cuando se encuetra en humedecimiento.

5. ¿Por qué es importante controlar la actividad del agua en un alimento?

Un incremento en la aw está generalmente acompañado de un incremento en el contenido de agua, pero no en una forma lineal. La relación entre la aw y el contenido de agua a una temperatura dada se ilustra gráficamente en las llamadas isotermas de adsorción las cuales se determinan experimentalmente. Para la mayoría de alimentos, estas curvas  tiene forma sigmoidal, aunque en productos que contienen cantidades grandes de azúcares o pequeñas moléculas solubles. Una isoterma preparada por adsorción, (empezando desde el estado seco), no tendrá necesariamente la misma forma que la isoterma preparada por desorción (empezando desde el estado húmedo). Este

fenómeno de valores diferentes de aw contra valores de contenido de humedad por ambos métodos es llamado histéresis y es exhibido por muchos alimentos.

6. ¿Qué efecto tiene la temperatura en las curvas de absorción?

La actividad de agua depende de la temperatura dado que ésta influye también sobre la presión de vapor de agua de las soluciones pero el efecto es pequeño con la mayoría de los solutos salvo que las soluciones sean saturadas. En tales casos, las cantidades de algunas sustancias de la solución, y, por tanto, la aw, pueden variar marcadamente con la temperatura.

Grupos principales de alimentos en relación con su aw

1. Tienen aw de 0,98 o superior las carnes y pescados frescos, las frutas, hortalizas y verduras frescas, la leche, las hortalizas en salmuera enlatadas, las frutas enlatadas en jarabes diluidos. Existen muchos alimentos con un alto contenido en agua entre los que se encuentran los que tienen un 3,5 % de NaCl o un 26 % de sacarosa en la fase acuosa. En este rango de aw crecen sin impedimento alguno todos los microorganismos causantes de toxiinfecciones alimentarias y los que habitualmente dan lugar a alteraciones, excepto los xerófilos y halófilos extremos.

2. Tienen aw entre 0,98 y 0,93 la leche concentrada por evaporación, el concentrado de tomate, los productos cárnicos y de pescado ligeramente salados, las carnes curadas enlatadas, los embutidos fermentados (no secos), los embutidos cocidos, los quesos de maduración corta, queso de pasta semidura, las frutas enlatadas en almíbar, el pan, las ciruelas con un alto contenido en agua. La concentración máxima de sal o sacarosa en la fase acuosa de estos alimentos está entre el 10% y 50%, respectivamente. Todos los microorganismos conocidos causantes de toxiinfecciones alimentarias pueden multiplicarse al menos a los valores más altos de aw comprendidos en este intervalo.

3. tienen aw entre 0,93 y 0,85 los embutidos fermentados y madurados, el queso Cheddar salado, el jamón tipo serrano, la leche condensada azucarada. A este grupo de alimentos pertenecen aquellos con un contenido en sal superior al 17% y los que contienen concentraciones de sacarosa a saturación en la fase acuosa. Entre las bacterias conocidas, sólo una (Staphylococcus aureus) es capaz de producir intoxicación alimentaria a estos niveles de aw pero pueden crecer muchos mohos productores de micotoxinas.

4. Tienen aw entre 0,85 y 0,60 los alimentos de humedad intermedia, las frutas secas, la harina, los cereales, las confituras y mermeladas, las melazas, el pescado muy salado, los extractos de carne, algunos quesos muy madurados, las nueces. Las bacterias patógenas no crecen en este intervalo de aw. La alteración, cuando ocurre, se debe a microorganismos xerófilos, osmófilos o halófilos.

5. Tiene aw inferior a 0,60 los dulces, el chocolate, la miel, los fideos, las galletas, las papas fritas, las verduras secas, huevos y leche en polvo. Los microorganismos no se multiplican por debajo de una aw de 0,60 pero pueden permanecer vivos durante largos períodos de tiempo.

La actividad agua y la conservación de los alimentos

Muchos alimentos logran estabilidad, desde el punto de vista microbiológico, eliminando el agua que contienen (deshidratación) o mediante el agregado de solutos hasta alcanzar un valor bajo de aw.

En la deshidratación, se le aplica energía al alimento en forma de calor, aumentando la presión de vapor del agua presente hasta un nivel tal que el agua de la superficie de los alimentos se evapora. La evaporación conlleva un descenso de la temperatura de la superficie y se necesita un aporte adicional de calor para mantener la presión de vapor a un nivel adecuado. A medida que se va evaporando el agua superficial se va reemplazando por otra procedente del interior que migra merced a procesos de difusión, convección, flujo capilar y retracción. La evaporación de la humedad de los alimentos se debe a la diferencia entre la presión de vapor de la atmósfera y la presión superficial del alimento. A medida que avanza la deshidratación, desciende la velocidad de eliminación del agua porque la migración de agua a la superficie tiene un límite; las capas superficiales se hacen menos permeables y el aumento de la concentración de solutos reduce la presión de vapor de la superficie. Por ello, para alcanzar el grado de desecación deseado se hace necesario reducir la presión de vapor ambiental o aumentar la temperatura del alimento. Se puede realizar deshidratación de muchas maneras diferentes, por secado al sol, en secaderos con aire caliente con bandejas estáticas, con bandejas en túneles, en cintas transportadoras en túneles, en secaderos spray, en lechos fluidizados, por liofilización.

La sal y el azúcar son los solutos que habitualmente se añaden a los alimentos para reducir la aw. La preparación de jaleas, mermeladas y productos va acompañada de una extracción parcial del agua (concentración) mediante calentamiento. La adición de sal se utiliza en forma predominante en la carne, pescado y algunas verduras. La sal se añade directamente en seco o mediante salmuera dependiendo siempre de la naturaleza del producto.

7. ¿De tres ejemplos de alimentos que por su actividad del agua son más susceptibles al deterioro tanto químico como microbiológico?

8. ¿Cómo elaboraría una curva de desorcion?

www.slideshare.net/dicoello/isoterma_de_sorcion_2727681

El Concepto

La actividad del agua (aw) es considerada la propiedad más importante del agua en un sistema alimenticio. A través de la historia el hombre se ha reconocido la importancia de controlar el agua en los alimentos, para lo cual ha utilizado el secado, el congelado o la adición de sales y azúcares con fi nes de preservación y control de la calidad de los mismos. Existen dos tipos básicos de análisis de agua. El primero es el contenido de agua, el cual es una determinación cuantitativa o volumétrica de la cantidad total de agua presente en un alimento. El segundo tipo mide la actividad del agua e indica la fuerza con la que el agua está atada, estructural o químicamente, a un alimento. La actividad del agua es un concepto termodinámico refi riéndose a una condición de equilibrio, describe la situación de energía del agua o el grado en que está “atada” en un producto alimenticio y, por lo tanto, su habilidad de actuar como solvente y participar en reacciones químicas y bioquímicas y en el crecimiento microbiano. Cuando se deshidrata un alimento, por ejemplo, no sólo se disminuye su contenido de agua sino que se disminuye la disponibilidad de esta agua. En este caso, disponibilidad se refiere a que, aunque un alimento posea una cantidad de agua, esta puede no estar disponible para reacciones bioquímicas o microbiológicas. Una forma de expresar esta disponibilidad es mediante el término actividad de agua. Por analogía, así como el pH es un término que indica el grado de acidez de un alimento, la actividad de agua aw, es un término que se emplea para indicar la disponibilidad del agua. La actividad del agua se representa como la relación entre la presión de vapor del aire alrededor de un alimento (p) y la presión de vapor del agua pura (po), ambos permaneciendo a una misma temperatura. De manera práctica, esto es la humedad relativa del aire en equilibrio con una muestra contenida en una cámara sellada de medición. Multiplicando la aw por 100 se obtiene la humedad relativa de equilibrio (ERH) de la atmósfera en equilibrio con el alimento. Estas ecuaciones se representan así: aw = p/po = %ERH/100, con un máximo valor de 1.0. Cuando se disuelven otras sustancias en agua pura, el valor de la aw disminuye; lo mismo sucede cuando a un alimento se le retira parte del agua. Si esta disminución es en un porcentaje elevado, el alimento adquiere un valor de aw  relativamente bajo y se le podrá denominar alimento de humedad intermedia, o IMF.

Aunque el concepto de actividad del agua sólo se aplica a sistemas en equilibrio, y la mayoría de productos alimenticios no son sistemas en equilibrio, su aplicación en el marco de tiempo experimental y de estimación de vida de anaquel es una herramienta útil. Es útil para relacionar las dinámicas de transferencia de humedad, así como para mapear la regiones de crecimiento microbiano, cambios físicos y reacciones químicas en un alimento. La Figura No. 1 representa un mapa general de la estabilidad de los alimentos en función de la actividad del agua, ilustrando el comportamiento de las distintas reacciones de deterioro y crecimiento microbiano en los mismos. Se observa que la habilidad del agua para actuar como solvente, medio o reactante se incrementa al incrementarse la actividad del agua.

Agua libre versus agua atadaLa actividad del agua describe la continuidad de estados de energía del agua en un sistema. El agua en un producto está “atada” por fuerzas de variada intensidad, lo cual es muestra de la continuidad de estados de energía más que de una atadura o enlace estático. La actividad del agua es definida algunas veces como agua “libre” o “disponible” en un sistema. Sin  embargo, aunque estos términos son más fáciles de conceptualizar, no definen adecuadamente todos los aspectos del concepto de actividad del agua. Los

instrumentos de medición de la aw, por ejemplo, miden la cantidad de agua libre (a veces llamada agua “activa” o “no atada”) presente en la muestra. Una porción del contenido total de agua presente en el producto está atada fuertemente a sitios específicos en los compuestos químicos que conforman el producto, los cuales pueden incluir grupos hidroxilo o polisacáridos, grupos carbonil y amino de las proteínas y otros sitios polares. El agua está atada por enlaces de hidrógeno, enlaces ion-dipolo y otros enlaces químicos fuertes. Algunas porciones de agua están atadas con menos fuerza, pero esta aún no está disponible (como solvente de compuestos solubles en el alimento). Muchos procesos de preservación, como la concentración y la deshidratación, buscan eliminar el deterioro disminuyendo la disponibilidad de agua a los microorganismos. Reduciendo la cantidad de agua libre (o no atada), también se minimizan otros cambios químicos indeseables que ocurren durante el almacenaje de los productos. La congelación es otra forma de preservación ya que el agua en los productos congelados está en forma de cristales de hielo y por lo tanto no disponible para los microorganismos. Debido a que el agua está  

 presente en estados libre y atada, en varios grados, los métodos analíticos que intentan medir el contenido de humedad total en una muestra no siempre coinciden. La actividad de agua sí da un valor real. Actividad del Agua y Contenido de AguaLas células, los tejidos biológicos, y por tanto los productos alimenticios, no son soluciones homogéneas. La relación entre actividad del agua y contenido de agua es compleja y, como  se indicó anteriormente, son dos conceptos y valores diferentes. Un incremento en la aw está generalmente acompañado de un incremento en el contenido de agua, pero no en una forma lineal. La relación entre la aw y el contenido de agua a una temperatura dada se ilustra gráficamente en las llamadas isotermas de adsorción (Figura No. 2), las cuales se determinan experimentalmente. Para la mayoría de alimentos, estas curvas  tiene forma sigmoidal, aunque en productos que contienen cantidades grandes de azúcares o pequeñas moléculas solubles, tienen forma de J. Una isoterma preparada por adsorción, (empezando desde el estado seco), no tendrá necesariamente la misma forma que la isoterma preparada por desorción (empezando desde el estado húmedo). Este fenómeno de valores diferentes de aw contra valores de contenido de humedad por ambos métodos es llamado histéresis y es exhibido por muchos alimentos.

Formas de manejar la awDebido a que hongos, levaduras y bacterias requieren cierta cantidad de agua disponible para crecer, al igual que muchas reacciones químicas y bioquímicas para ocurrir, su desarrollo puede limitarse con la reducción de esta agua. Una forma de lograr este objetivo es a través de los procesos térmicos severos, los cuales usan además las propiedades letales del calor, mientras que procesos como la deshidratación o la liofilización trabajan sólo por disminución de la aw. Otro método involucra la atadura del agua libre por la adición de solutos, usualmente azúcares o cloruro de sodio. Esto crea un desbalance en la presión osmótica, con lo cual se extrae agua de las células y tejidos. El desarrollo de productos encuentra nuevos retos para mantener niveles suficientemente bajos de aw con el uso de los sustitutos de grasa disponibles hoy en día. La grasa, la cual no contribuye agua libre, es reemplazada con agua o un gel para proveer lubricación. Estos geles no reducen la aw, por lo que se requieren métodos adicionales de control para revenir el deterioro. Cuando una sustancia es agregada a un producto para reducir la aw, el resultado puede ser complicado. Idealmente, la sustancia debe reducir la aw sin ningún otro efecto como el incremento en la fuerza iónica y/o la disminución de la tensión superficial, por lo que la adecuada selección de dicha sustancia es muy importante. Por ejemplo, se puede agregar sal a una mezcla y azúcar a otra, controlando las cantidades de tal forma que los compuestos resultantes tengan igual valor de actividad del agua. Los resultados o reacciones pueden ser diferentes, sin embargo, debido a que cada sustancia tendrá efectos diferentes sobre las reacciones biológicas correspondientes. La aw debe considerarse un parámetro externo como el pH o la temperatura, y como tal, bajo ciertas condiciones, podrá ejercer un efecto sinergístico con otros parámetros ambientales.  Por qué es importante?Para muchos productos alimenticios la actividad del agua es una propiedad muy importante. Predice la estabilidad de los alimentos con respecto a sus propiedades físicas, la velocidad de las reacciones de deterioro y el crecimiento microbiano, influenciando la vida de anaquel, el color, olor, sabor y consistencia de los mismos (Ver Figura No. 1). Con la determinación de la actividad del agua de los alimentos es posible predecir qué microorganismos pueden causar deterioro y enfermedades, por lo que se considera una importante propiedad desde el punto de vista de inocuidad alimentaria. El control de la aw es también una forma importante de mantener la estabilidad química de los alimentos; ejerce un fuerte efecto sobre las reacciones de encafecimiento no enzimático y las de oxidación lípida autocatalítica. La actividad del agua puede además jugar un papel clave en la actividad enzimática y vitamínica en los alimentos, así como en propiedades físicas como textura y vida en estante de los mismos. Su utilidad e importancia como medida de la calidad y la inocuidad de los alimentos fue reconocida cuando resultó obvio que el contenido de humedad no reflejaba exactamente las fluctuaciones en el crecimiento microbiano. El concepto de aw ha servido al microbiólogo y al tecnólogo en alimentos durante dos décadas como el criterio de calidad e inocuidad más exacto y utilizado. Hasta hace recientemente, la aw como parámetro fisicoquímico ha sido discutido principalmente sólo en dos disciplinas: la fisicoquímica y la microbiología de alimentos. En la primera, mide la energía libre termodinámica del agua, mientras que en la segunda, la actividad del agua es utilizada para definir los límites inferiores para el crecimiento de microorganismos en alimentos. Los microbiólogos se desviaron hacia la medición de actividad del agua al descubrir que la descomposición microbiana de alimentos ocurre en rangos amplios y variables de contenido de agua.

 Control microbiano. Mientras que la temperatura, el pH y otros factores pueden afectar el crecimiento de microorganismos en un alimento, la aw puede ser el factor más importante controlando el deterioro. La actividad del agua, no el contenido de agua, determina el límite inferior de agua disponible para sostener crecimiento microbiano. La mayoría de bacterias, por ejemplo, no crecen a actividades de agua por debajo de 0.90, y la mayoría de mohos y levaduras dejan de crecer en valores por debajo de 0.6. En la Tabla No.1 se presentan los valores límites de actividad del agua para crecimiento de microorganismos de importancia en salud pública, así como ejemplos de distintos alimentos en dichos intervalos. Conociendo la aw de un alimento, es entonces posible predecir el tipo de microorganismos con potencial de desarrollo y deterioro del producto. La actividad del agua predice de manera más real y efectiva el crecimiento microbiano porque los microorganismos  pueden usar únicamente el agua “disponible”, la cual difiere considerablemente dependiendo del soluto presente. En promedio, los iones enlazan la mayor cantidad de agua, mientras  que los polímeros sólo atan cantidades menores; los azúcares y los péptidos caen en una posición intermedia. A una misma concentración molecular, la sal reduce la actividad del agua más que el azúcar.

Además de la relación existente entre  crecimiento microbiano y actividad del agua, una serie de aspectos adicionales relativos a la microbiología de alimentos son influenciados por este parámetro. El efecto de la aw sobre la esporulación, germinación y producción de micotoxinas es complejo. En el caso de levaduras, por ejemplo, mayores valores se necesitan para esporulación que para germinación de las esporas. La aw mínima para producción  de toxinas es generalmente mayor que la mínima para crecimiento microbiano.

Reactividad Química y Bioquímica. Además de influenciar el deterioro microbiano, la actividad del agua puede jugar un papel significativo sobre la actividad enzimática y vitamínica en los alimentos, pudiendo tener un impacto fuerte, como se dijo antes, sobre el color, el sabor, la consistencia y el aroma. El agua puede afectar la reactividad química de distintas formas: puede actuar como solvente o como reactante, o cambiar la movilidad de los reactantes al afectar la viscosidad del sistema alimenticio en cuestión. La actividad del agua afecta una amplia gama de reacciones químicas y bioquímicas, incluyendo encafecimiento no enzimático, oxidación lípida, degradación de vitaminas, reacciones enzimáticos, desnaturalización de proteína, gelatinización y retrogradación de almidones. Productos conteniendo proteínas y carbohidratos son propensos a reacciones de encafecimiento no enzimático o de Maillard, las cuales ocurren con más facilidad en la medida en la que la actividad de agua se incrementa. La posibilidad de que estas reacciones ocurren es máxima en valores de aw entre 0.6 y 0.7. En algunos casos, sin embargo, incrementos adicionales en la actividad del aw va a dificultar la reacción de Maillard. En cualquier caso, para algunos productos, medir y controlar la aw es una buena forma de evitar o reducir estos problemas de encafecimiento.

La estabilidad de enzimas y proteínas está influenciada significativamente por la actividad del agua debido a la naturaleza relativamente frágil de dichos compuestos. La mayoría de enzimas y proteínas deben mantener su estructura para permanecer activos, por lo que el mantenimiento de niveles de aw para prevenir u ocasionar cambios estructurales es importante para la calidad de un producto alimenticio. La velocidad de la mayoría de reacciones enzimáticas se reduce a valores de aw por debajo de 0.8, aunque algunas de estas reacciones ocurren a valores muy bajos de aw. Este tipo de deterioro puede resultar en formación de sabores y olores muy desagradables, aunque, en el caso de productos sometidos a tratamientos térmicos, el deterioro enzimático no es una preocupación. La actividad del agua puede afectar además las temperaturas de gelatinización y las velocidad de retrogradación de los almidones.

La posibilidad de ocurrencia de encafecimiento no enzimático se incrementa al aumentar la aw, alcanzando un máximo en el intervalo de aw entre 0.6 y 0.7 (Figura No.1). Por lo general, incrementos adicionales de aw limitarán   las reacciones de encafecimiento. Por su parte, la oxidación lípida presenta un mínimo en valores intermedios de aw y se incrementa tanto en valores altos como bajos, aunque por mecanismos diferentes. Este tipo de deterioro alimenticio también resulta en la formación de olores y sabores desagradables, por lo que se debe evitar. En el caso de vitaminas hidrosolubles presentes en los alimentos, su degradación se incrementa con la actividad del agua.

Propiedades Físicas. Además de predecir las velocidades de varias reacciones químicas y enzimáticas, la actividad del agua afecta las propiedades texturales de los alimentos. Productos con aw altas tienen una textura descrita como húmeda, jugosa, suave o masticable. Cuando la aw de estos productos disminuye, se mencionan atributos de textura como duro, seco o pasado. Sin embargo, productos con aw bajas tienen

características de textura descritas como crujiente o tostado, pero cuando los valores se incrementan, los productos se tornan aguados, suaves. En el caso de polvos o granulaciones, la actividad del agua afecta sus propiedades de fluidez y apelmazamiento. La actividad del agua es un parámetro importante controlando la migración de humedad en productos multicomponentes. Estos productos pueden contener componentes con distintos niveles de aw, como un pastelito relleno de crema o cereales con frutas secas. Aunque las velocidades de migración dependen de diversos factores, la humedad migrará de las regiones de alta humedad a las regiones de menor humedad, ocasionando cambios indeseables en la textura del producto y sus componentes. Por ejemplo, en el caso del cereal, la migración de humedad de la fruta seca hacia el cereal, causará que la fruta se endurezca y el cereal se suavice y pierda su crujir.

Medición de la Actividad del AguaNo existe instrumento alguno en el que pueda colocarse directamente un producto para medir su actividad de agua. Sin embargo, la actividad de agua de un producto puede determinarse a  partir de la humedad relativa del aire alrededor de la muestra cuando el aire y la muestra alcanzan el equilibrio. Por lo tanto, la muestra debe colocarse en un espacio cerrado, en donde dicho equilibrio ocurrirá. Cuando esto ocurre, la actividad del agua de la muestra y la humedad relativa del aire son iguales; la medición realizada en el equilibrio se llama humedad relativa en equilibrio, o ERH.

Aunque existen métodos a nivel de laboratorio para determinar la actividad  del agua, comercialmente existen principalmente dos tipos de instrumentos para tal propósito. Uno utiliza la tecnología de espejo enfriado en punto de rocío, mientras que el otro mide la humedad relativa con sensores que cambian la resistencia eléctrica o capacitancia. Ambos métodos poseen ventajas y desventajas, varían en exactitud, reproducibilidad, velocidad en la medición, '65stabilidad en la calibración, linearidad, costo y conveniencia de uso. Las principales ventajas del método de punto de rocío son precisión, velocidad, facilidad de uso y exactitud. Los sensores de capacitancia tienen la ventaja de ser más económicos, pero no son tan exactos ni rápidos como los equipos de punto de rocío. Por ejemplo, en el caso del método de punto de rocío, características típicas de los instrumentos incluyen rangos entre 0.3 y 1.000 aw, resolución de +/- 0.001, exactitud de  +/- 0.003 y tiempos de medición por debajo de cinco minutos. Por su parte, los instrumentos de capacitancia miden todo el rango de actividad del agua (0 a 1.00), con resoluciones de +/- 0.005, exactitud de +/- 0.015 y tiempos para alcanzar condiciones de humedad relativa de equilibrio desde cinco hasta 30 o 90 minutos. En los equipos de espejo enfriado o punto de rocío, durante la medición de aw se determina repetidamente la temperatura de rocío y la temperatura de la muestra hasta alcanzar equilibrio. Debido a que la determinación está basada en la medición de temperatura, la calibración no es necesaria, pero sí se requiere la medición de una solución salina estándar para verificar la operación adecuada de aparato. En el caso de los instrumentos de sensor de capacitancia, se relaciona una señal eléctrica con la humedad relativa, lo que exige que el sensor esté calibrado contra estándares salinos conocidos. La ERH será igual a la aw de la muestra siempre y cuando la temperatura de la muestra y del sensor sea la misma, por lo que la exactitud de la medición requiere muy buen control de temperaturas.

Cuando se evalúan las mediciones y los equipos de actividad del agua, precisión y exactitud son importantes consideraciones a tomar en cuenta. Igualmente importante es considerar la susceptibilidad del sensor a la contaminación y cuan frecuente es necesario calibrar el aparato. Además, al comparar instrumentos, es importante evaluar la precisión y la exactitud sobre el rango completo de valores de aw regularmente encontrados en los productos específicos de interés.

 Tabla No.1: Actividad del Agua y Crecimiento de Microorganismos en Alimentos

Rango de aW

 

Microorganismos generalmente inhibidos por el aW más bajo de este rango

Alimentos generalmente dentro de este rango

 

.00- 0.95

Pseudomonas, Escherichia, Proteus, Shigellas, Klebsiella, Bacilos, Clostridium perfringes,

 Productos frescos y enlatados, vegetales, carne, pescado y leche, salchichas cocinadas y pan, alimentos conteniendo aproximadamente hasta

algunas levaduras 40% (p/p) de sucrosa o 7% de cloruro de sodio  

0.95 – 0.91

Salmonella, Vibrio parahaemoliticus, C. botulinum, Lactobacillus, algunos mohos, levaduras (Rhodotorula, Pichia)

lgunos quesos (Cheddar, Suizo, Muenster, Provolone), carnes curadas (jamones), algunos concentrados de fruta, alimentos conteniendo 55% (p/p) de sucrosa o 12% de cloruro de sodio  

0.91 – 0.87

Muchas de las levaduras (Candida, Torulopsis, Hansenula), Micrococcus

Embutidos fermentados (salami), pasteles esponjosos, quesos secos, margarinas, alimentos conteniendo 65% (p/p) de sucrosa saturada o 15% de cloruro de sodio  

0.87 – 0.80

La mayoría de los mohos (micotoxigenic penicillia), Staphylococus aureus, la mayoría de los  sacaromicetes (bailii) spp., Debariomicetes

La mayoría de los jugos concentrados, leche condensada azucarada, siropes de chocolate, maple y frutas; harina, arroz conteniendo 15-17% de humedad, pasteles de frutas, jamones estilo country, fondants

0.80 – 0.75

Muchas de las bacterias halófilas, aspergilli micotoxigénico.

Jaleas, Mermeladas, masapán, frutas glaceadas,  algunos marshmallows

0.75 – 0.65

Mohos Xerófilos (Aspergillus chevalieri, A. candidus,  Wallemia sebi), Saccharomyces bisporus 

Hojuelas de avena conteniendo aproximadamente 10% de humedad, marshmallows, jaleas, malazas, azúcar morena, algunas frutas secas, nueces

0.65 – 0.60

Levaduras Osmófilas (Sacaromyces rouxii), algunos mohos (Aspergillus echinulatus, Monascus bisporus) 

Frutas secas conteniendo del 15 al 20% de humedad, algunos toffes y caramelos, miel  

0.50 No existe proliferación microbiana 

Pastas conteniendo 12% de humedad aproximadamente, especies conteniendo 10% de humedad aproximadamente

0.40 No existe proliferación microbiana 

 Huevos deshidratados conteniendo aproximadamente 5% de humedad.

0.30 No existe proliferación microbiana 

Galletas, miga de pan, etc, conteniendo del 3 al 5% de humedad  

0.20 No existe proliferación microbiana 

Leche entera en polvo conteniendo del 2 al 3% de humedad, vegetales deshidratados conteniendo 5% de humedad, hojuelas de maíz (corn flakes), pastel de frutas, galletas.

 Consideraciones finalesEl reconocimiento creciente hacia la importancia de la medición de la actividad del agua puede ilustrarse con la incorporación Carlos Rafael Anzueto, Consultor Gerente en OSMOSIS; Auditor  de Calidad certificado por la American Society for Quality, ASQ. Especialista en procesamiento, calidad e inocuidad de alimentos; MS Tecnología de Alimentos, Cornell University, N.Y. del principio de aw, por parte de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA), en la definición de alimentos potencialmente no peligrosos (alimentos potencialmente

peligrosos se refiere a aquellos con pH superior a 4.6 y aw mayor de 0.85). De manera similar, la regulación de dicha entidad en el tema de Buenas Prácticas de Manufactura incluye en párrafos específicos el parámetro de aw en relación a medidas de control y de inocuidad de los alimentos. La determinación, el conocimiento y el control de la actividad del agua son entonces actividades en las que la industria de alimentos debe apoyarse para asegurar aspectos de calidad, inocuidad y vida en estante de los productos que elabora y comercializa.

Cuanto menor es la actividad de agua de un alimento, mayor es su vida útil. Es

importante diferenciar entre cantidad de agua y actividad de agua. El primer

término hace referencia a la cantidad total de agua presente en el alimento,

aunque puede ser que no esté libre para interaccionar. La actividad de agua, en

cambio, hace referencia solo a la cantidad de agua libre en el alimento y disponible

para reaccionar, es decir, la que puede facilitar la contaminación del producto.

Los alimentos con baja aw se conservan en óptimas condiciones durante períodos

más largos de tiempo. Por el contrario, aquellos cuya actividad de agua es elevada

están sometidos a contaminación microbiológica y su conservación es mucho más

delicada. Por esta razón, en alimentos más perecederos se utilizan técnicas de

conservación como la evaporación, secado o liofilización para aumentar así su vida

útil. La actividad de agua es un parámetro que establece el inicio o final del

crecimiento de muchos microorganismos. La mayoría de patógenos requieren una

aw por encima de 0,96 para poder multiplicarse. Sin embargo, otros pueden existir

en valores inferiores. Algunos hongos son capaces de crecer en valores inferiores

a 0,6.

aw=0,98: pueden crecer casi todos los microorganismos patógenos y dar lugar a alteraciones y toxiinfecciones alimentarias. Los alimentos más susceptibles son la carne o pescado fresco y frutas o verduras frescas, entre otros.

aw=0,93/0,98: hay poca diferencia con el anterior. En alimentos con esta aw pueden formarse un gran número de microorganismos patógenos. Los alimentos más susceptibles son los embutidos

fermentados o cocidos, quesos de corta maduración, carnes curadas enlatadas, productos cárnicos o pescado ligeramente salados o el pan, entre otros.

aw=0,85/0,93: a medida que disminuye la aw, también lo hace el número de patógenos que sobreviven. En este caso, como bacteria, solo crece S. aureus, que puede dar lugar a toxiinfección alimentaria. Sin embargo, los hongos aún pueden crecer. Como alimentos más destacados figuran los embutidos curados y madurados, el jamón serrano o la leche condensada.

aw=0,60/0,85: las bacterias ya no pueden crecer en este intervalo, si hay contaminación se debe a microorganismos muy resistentes a una baja actividad de agua, los denominados osmófilos o halófilos. Puede darse el caso en alimentos como los frutos secos, los cereales, mermeladas o quesos curados.

aw<0,60: no hay crecimiento microbiano, pero sí puede haber microorganismos como residentes durante largos periodos de tiempo. Es el caso del chocolate, la miel, las galletas o los dulces.

Controlar la actividad de agua

Controlar la actividad de agua en los alimentos es sinónimo de alargar su vida útil.

Al conseguir una disminución de la cantidad total de agua libre, se disminuyen

notablemente las probabilidades de contaminación microbiana. No todos los

alimentos requieren los mismos cuidados. La miel no precisa cuidados extras; en

cambio, alimentos como el pescado poco salado o los frutos secos más húmedos

(higos) son más perecederos. En este caso, sí es importante el control de la

actividad de agua.

Las dos maneras más importantes de reducir la actividad de agua de los alimentos

pasan por el secado y la incorporación de sal o azúcar para atrapar las moléculas

de agua. El primer método es el más antiguo y, además de secar, también ayuda a

formar aromas y sabores típicos en los alimentos procesados con este método.

Según el tipo de alimentos, se utiliza uno u otro mecanismo de secado: para

alimentos sólidos como vegetales, frutas o pescado, se utiliza el secado con aire

caliente; para líquidos como la leche, el secado por aspersión; para mezclas

pastosas líquidas, el secado al vacío; y para una amplia variedad de productos, el

secado por congelación.

Otro método consiste en agregar sal o azúcar a los alimentos. Este no requiere

máquinas especializadas, pero sí debe tenerse mucho cuidado durante su

procedimiento. Se añade azúcar en las mermeladas o concentraciones de

salmuera en las carnes para disminuir la actividad de agua. El producto terminado

debe evaluarse para determinar en cifras su actividad de agua.

AGUA 3. AGUA EN LOS ALIMENTOSEl agua es un factor determinante en las diferentes

reacciones que pueden aumentar o disminuir la calidad nutritiva y sensorial de los alimentos.Calidad nutritiva y sensorial

4. El agua en los alimentos puede encontrarse en forma libre o disponible y en forma ligada y no disponible.Alimentos perecederos (frescos)

5. A través de las interacciones físicas con proteínas, polisacáridos, lípidos y sales, contribuye el agua de forma importante a la textura de los alimentos.

6. Influye en la estabilidad de los alimentos, ya que es necesaria para que se lleven a cabo reacciones químicas y bioquímicas y para que exista crecimiento microbiano.En muchos alimentos el agua es el componente mayoritario (Tabla Nº 1).

7. TABLA 1. CONTENIDO DE AGUA EN ALIMENTOS Y BEBIDAS

9. ISOTERMAS DE SORCIÓNSon las representaciones que interrelacionan el contenido de agua de un alimento con su actividad del agua a temperatura constante. La información de dicha representación es útil:a. En los procesos de concentración y deshidratación, b. Para evaluar la estabilidad de los alimentos.

10. A bajos contenidos de humedad (menor de 50%), pequeñas variaciones de este parámetro provocan grandes cambios en la actividad de agua.La isoterma de adsorción de

un producto representa la cinética con la que adsorbe la humedad del medio que la rodea y con la que se hidrata; la isoterma de desorción equivale el proceso de deshidratación.

11. Según la Fig. 1b, la isoterma de desorción, correspondiente a un proceso de desecación, ocupa una posición más alta que la de adsorción, de decisiva importancia para la conservación de los alimentos susceptibles de tomar humedad.

12. De acuerdo, con la forma de las isotermas de sorción se distinguen tres regiones en relación con el modo en que el agua se encuentra ligada a los alimentos:Región A, en la adsorción se recubre en primer lugar la superficie interior desecada con una capa monomolecular de agua.

13. En la región B, se coordinan nuevas moléculas de agua a la capa molecular para formar una envoltura hidratada, la cual es todavía inmóvil, por lo tanto no se congela aún a bajas temperaturas (Tipo III de agua ligada Tabla Nº 2). En la región C, a mayores actividades de agua se condensa agua en los capilares de forma progresiva (Tipo I y II de agua ligada por su movilidad).

14. TABLA Nº 2 . AGUA LIGADA EN LOS ALIMENTOS

15. Fig. 1 Isotermas de sorción.a. Alimentos con alto contenido de agua; b. Alimentos con bajo contenido de agua. MS: Materia seca.

16. ACTIVIDAD DEL AGUA Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOSLa estabilidad de los alimentos y la actividad del agua están estrechamente relacionadas en muchas situaciones. (Tabla Nº 3 y Fig. 2).Del agua contenida en un alimento dependen las propiedades reológicas y de textura, pero también es responsable de las reacciones químicas, enzimáticas y microbiológicas.

17. Los alimentos con baja aw se conservan en óptimas condiciones durante períodos más largos de tiempo.La estabilidad de los alimentos con actividad de agua comprendida entre 0,2 y 0,4 es la mayor. Los alimentos con valores de actividad de agua comprendida entre 0,6 y 0,9 son conocidas como alimentos de humedad intermedia (Tabla Nº 4).

18. La aw es un parámetro que establece el inicio o final del crecimiento de muchos microorganismos. La mayoría de patógenos requiere una aw por encima de 0,96 para poder multiplicarse.Las dos maneras más importantes de reducir la actividad de agua de los alimentos son a través del secado y de la incorporación de sal o azúcar para atrapar las moléculas de agua.

19. Fig. 2 Estabilidad de los alimentos en relación con la actividad de agua.

20. TABLA Nº 4 . ACTIVIDAD DE AGUA DE ALGUNOS ALIMENTOS