fundamentos básicos sobre actividad de agua (aw). principios y aplicaciones

Especialistas en actividad de agua (aw)

& Isotermas de sorción LabFerrersorción ab e e

Fundamentos básicos sobreFundamentos básicos sobre actividad de agua (aw).

Principios y aplicaciones

Gema RodrigoÁrea de actividad de agua

www.lab‐ferrer.com Webinar, 19 de junio de 2012

Definición y concepto de awy p wLa aw es la medida del estado de energía del agua en unsistemasistema

líquido agua vapor

t

líquido g vapor(humedad)

muestra

La a se mide equilibrando un producto con su fase de vapor yLa aw se mide equilibrando un producto con su fase de vapor ymidiendo la humedad relativa de esta fase de vapor

aw = p/po = %HRE/100HRE H d d l ti ilib i

Fundamentos básicos sobre aw

HRE = Humedad relativa en equilibrio

Webinar, 19 de junio de 2012

Definiendo aDefiniendo awConstantede Gases 8,314 J mol‐1 K‐1

TemperaturaPotencial Químico

RT l (f/f )

p

= o + RT ln (f/fo)

FugacidadPotencial Químicode la sustancia pura

Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 19 de junio de 2012

Sistema de Queso y GalletasSistema de Queso y Galletas

GALLETAS Inicial Final QUESO Inicial Final

Humedad (%) 4 20

Q

Humedad (%) 60 30

aw 0,30 0,75 aw 0,90 0,75

edadHum

edad

Hum

eTiempoTiempo pp


¿Pregunta?La galleta y el queso se colocan juntos

¿Pregunta?

Galleta QuesoGalleta

20% Humedad

Queso

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 cantidadde material

ACTIVIDAD DE AGUA aw Medida cualitativa, mide estado del agua en un sistema Una cualidad interna que no depende de la cantidad de

i lmaterial


Ventajas de la awVentajas de la awLa aw proporciona información detallada de:

• Desarrollo Microorganismos

• Migración de Humedad• Migración de Humedad

• Estabilidad Química

• Estabilidad Bioquímica

• Propiedades Físicasp

• Vida Útil

EL CONTENIDO DE AGUA, NO!Fundamentos básicos sobre aw

EL CONTENIDO DE AGUA, NO!Webinar, 19 de junio de 2012

Isoterma de Sorción de HumedadIsoterma de Sorción de HumedadIsoterma de Sorción Típica

Actividad de AguaActividad de Agua


Factores que Controlan la aFactores que Controlan la awPropiedades Enlazantes del Agua

Efectos coligantes o interacciones en Solutos Efectos deEfectos coligantes o interacciones en Solutos, Efectos decapilaridad, Interacciones de superficie o efecto Matriz

La combinación de esos factores en los alimentos reduce laenergía del agua al compararla con agua pura

Ef d l TEfecto de la TemperaturaLa a depende de la Temperatura al influir en:La aw depende de la Temperatura, al influir en:

uniones del agua, disociación del agua, solubilidad de solutosen agua, estado de la matriz (cristalina o amorfa)

El efecto de la temperatura en la aw es específico de cadaproducto. “Muy General ~ 0,002aw/ºC”


Efecto de la Temperatura IIEfecto de la Temperatura II

Contenido constante de agua

Aumento de la temperatura

Actividad de aguag


¿Por qué es necesario medir la aw?¿Por qué es necesario medir la aw?ALIMENTOS POTENCIALMENTE PELIGROSOS aw 0,85

CLASIFICACIÓN FAO:CLASIFICACIÓN FAO:

ALIMENTOS ALTAMENTE PERECEDEROS aw > 0,9

ALIMENTOS DE HUMEDAD INTERMEDIA aw = 0,6‐0,9

ALIMENTOS AUTOESTABLES aw < 06

R l C EReglamento C.E. 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 aMedida de la awComo medir la awMétodos de Medida de la aMétodos 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 correctamenteRequerimientos para medir correctamente la aw

‐ Estándares de Calibración‐ Preparación de las muestras‐ Temperatura de las muestras


Sensores de Propiedades EléctricasSensores de Propiedades EléctricasLa humedad cambia las propiedades eléctricas de un materialhigroscópico que está en equilibrio con el aire de la cámara dehigroscópico que está en equilibrio con el aire de la cámara demedida.


Punto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point)La muestra se equilibra en una cámarasellada que contiene un espejo sobre elque condensa el vapor de agua.En el equilibrio la HR del aire en laEn el equilibrio, la HR del aire en lacámara es igual que la aw de lamuestra.

Espejo

muestra. Ventilador

Sensor

Una célula fotoeléctrica y un termistordetectan el punto exacto en el que se

Sensor óptico

infrarrojodetectan el punto exacto en el que seproduce la condensación y latemperatura, respectivamente.


Recomendaciones para medir la aw coni ió

AOAC (Association of Analytical Communities) 978.19precisiónISO 7218 (Microbiologyof foodandanimal feedingstuffs ‐General rules formicrobiologicalexaminations.InternationalOrganizationforStandardization)Norma ISO 21807:2004 (Microbiology of food and animal feeding stuffs ‐Norma ISO 21807:2004 (Microbiology of food and animal feeding stuffsDeterminationofwateractivity)European Pharmacopoeia 7.1 (2.9.39Water‐solidsInteractions)ISO 29621ISO 29621 (Cosmetics ‐Microbiology ‐Guidelines for the riskassessmentand identificationofmicrobiologicallylow‐riskproducts)

M B ÁMEDIDOR BIEN CALIBRADO – BUENAS PRÁCTICAS DE MANEJO• Calibración/verificación por el usuario fácil y rápida• Patrones o sales estándar de calibración• Limpieza y mantenimiento fácil

PREPARACIÓN DE LAS MUESTRASTEMPERATURA DE LAS MUESTRASTEMPERATURA DE LAS MUESTRAS


PatronesPatrones Suspensiones de SALESSATURADAS

Soluciones de SALES NOSATURADASSATURADAS

Sal aw a 25CLiCl 0,113 0,003

SATURADASEcuación de Robinson y Stokes

( f M )LiCl 0,113 0,003MgCl 0,328 0,002K2CO3 0,432 0,004Mg(NO ) 0 529 0 002

aw = exp(‐nfcMw)n,número de partículas activas por molécula desoluto ( 2 para NaCl)Mg(NO3)2 0,529 0,002

NaCl 0,753 0,001KCl 0,843 0,003K SO 0 973 0 005

( p )f, coeficiente osmóticoc,concentración del soluto (mol kg‐1)Mw , peso molecular del agua (0,018 kg mol‐1)

K2SO4 0,973 0,005

Adaptado de Greenspan, L. (1977)Robinson, R.A. and Stokes, R.H. (1965).


Limpieza


Verificación del medidor buenas prácticasVerificación del medidor, buenas prácticas

M di l P t ó d V ifi ióMedir el Patrón de Verificación

CorrectoIncorrectoIncorrecto(± 0,003

aw)

Ajustar la DesviaciónMedir otro patrón

IncorrectoCorrecto(± 0,003 aw)

Listo para Medir Limpiar


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

l d l á d didrespecto a la temperatura de la cámara de medida– No es recomendable picar/triturar las muestras, se puede

producir un aumento de temperaturaproducir un aumento de temperatura


Bollería IndustrialBollería Industrialaw

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


EmbutidosEmbutidos curados

aw

Cabeza de lomo loncheada Cortada 0,911Triturada 0,913

Morcón loncheado Cortado 0,904Triturado 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 Crecimiento

Calidad y Seguridad en Productos

Microorganismos

Estabilidad Química y Bioquímicaq

Propiedades Físicasp

Isotermas de sorción de humedad


Seguridad AlimentariagSólo en los Estados Unidos:76 millones de casos de enfermedades76 millones de casos de enfermedades325.000 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/sp // / / / _ /ubdetalle/criterios_microbiologicos_vida_util.shtml

– CFR ‐ Code of Federal Regulations Title 21, (approval as foodadditives (21 CFR 570, 571 and 573). Colorings must have approvals for thatuse as specified in 21 CFR 70 and be listed in Parts 73, 74, or 81)

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


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


Desarrollo de microorganismosDesarrollo de microorganismos

Efectos de distintosvalores de aw sobre lascurvas de crecimiento decurvas de crecimiento deStaphylococcus aureus

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


Estabilidad Química y BioquímicaEstabilidad Química y Bioquímica

Oscurecimiento No Enzimático Oscurecimiento No Enzimático Oxidación Lipídica Degradación de Nutrientes Reacciones Enzimáticas


Oscurecimiento No EnzimáticoOscurecimiento No EnzimáticoDiagrama de Velocidad de Reacción de oscurecimiento

Reacción

cidad Re

lativa de

Actividad de Agua

Veloc


Oxidación LipídicaOxidación LipídicaUna de las principales causas dedeterioro de alimentos Produce:deterioro de alimentos. Produce:

Olores y sabores desagradablesDisminución de la calidadDisminución de la calidadnutricionalAlgunos productos song ppotencialmente tóxicos

Todas las etapas de esta reacciónse ven afectados por la aw y laTemperatura


Degradación de NutrientesDegradación de NutrientesLa degradación de las vitaminas aumenta alaumentar la awwEjemplo: disminución de la cantidad deVitamina C con el paso del tiempo

Degradación del ácidoAscórbico a distintosl dvalores de aw y a

35°CLabuza, T. P. 1974. Storage stability and improvement ofintermediate moisture foods. NAS Contract 9‐125‐60,,Phase II, Final Report:10‐81.


Estabilidad Química y BioquímicaLa aw es un indicador que permite predecir qué tipo dereacciones ocurrirán en base a la composición del producto

Estabilidad Química y Bioquímica

reacciones ocurrirán, en base a la composición del producto

La aw influye en la velocidad dea aw uye e a e oc dad delas reacciones.El agua puede actuar como:SolventeReactivoCambia la movilidad de los reactantes (viscosidad)


Actividad EnzimáticaActividad 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.


a versus Propiedades Físicasaw versus Propiedades Físicas Textura TexturaMigración de humedad Apelmazamiento y aglomeración


TexturaTexturaProductos Duros o Crujientes• Valores de a bajos• Valores de aw bajos• Se quiebran cuando se les aplicafuerza, son crujientes, j

• Se ablandan cuando se someten aaw elevadas

Productos Suaves o Blandos‐ aw de intermedio a altow‐ Se doblan cuando se les aplicapresión

‐ Son húmedos, jugosos y suaves‐ Se endurecen cuando se sometena a bajas

Fundamentos básicos sobre aw

a awbajas

Webinar, 19 de junio de 2012

Migración de HumedadMigración de HumedadLa migración de humedad lleva a:• cambios en la textura• crecimiento microorganismos• reacciones de degradación• reacciones de degradación• cambios organolépticos

j l d i l iEjemplos de sistemas Multi‐componenteQueso/galletas, cereales con frutas, masas horneadas – rellenos, masa para pizza , p pcongelada – salsas, helados con barquillo, sandwiches, bocadillos …


ApelmazamientoApelmazamientoEl apelmazamiento es un proceso que depende de la aw, eltiempo y la temperaturaEtapas de un proceso de apelmazamiento:

H d i i t

tiempo y la temperatura

Humedecimiento

Formación de uniones

Aglomeración

CompactaciónCompactación

DeliquescenciaEste problema es omnipresente en las industrias alimentariay farmacéutica


Isotermas de sorción de HumedadIsotermas de sorción de HumedadCada producto tiene su propia 25

Ingredient 1 Ingredient 2 Combinedp p py única Isoterma de Sorciónde Humedad – debido a las 15

20

25

nt (%

w.b

.)

diferentes interacciones (coligativas, capilaridad, …) entre el agua y los 0

5

10

ure

Con

ten

entre el agua y los componentes sólidos a diferentes contenidos de

00 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Moi

stu

Water Activity

diferentes contenidos de humedad


Tipos de Isotermas de SorciónTipo I, Azúcares cristalinos

Tipos de Isotermas de Sorción

Tipo II, Mayoría de Alimentos

Tipo III, AntiaglomerantesTipo III, Antiaglomerantes


ContenidoContenidoI. Definición de awII. Medida de la awIII Aplicaciones de la aIII. Aplicaciones de la aw

• Calidad y Seguridad en Productos

• Control de la a• Control de la aw


AditivosHUMECTANTES:

sal azúcares glicoles

Aditivos

sal, azúcares, glicoles,aminoácidos, polímeros, ácidos(cítrico y láctico), nitratos y( y ), ynitritos, polifosfatos odifosfatos sódico

AGENTES ANTI‐AGLOMERANTES


Tecnología de BarrerasTecnología de BarrerasLa tecnología de barreras eshoy día la forma común dehoy día la forma común deconservación de los alimentos.Integra diferentes métodos deIntegra diferentes métodos deconservación aplicados deforma combinada sobre elalimento.


La a como herramienta de controlLa aw como herramienta de control

Cumplir con leyes y normativas Cumplir con leyes y normativas

Ensayos de Vida Útil

Formulación de Productos

Inspección de Ingredientes Inspección de Ingredientes

Control de Proceso

Control de Calidad


Normas para elaborar tablas de decisiónNormas para elaborar tablas de decisión

www.lab‐ferrer.comFundamentos básicos sobre aw Webinar, 19 de junio de 2012

Ensayos de Vida útil Aspecto sensorial ( l l )

Tiempo de conservación de un

Ensayos de Vida útil (color, olor, textura)

producto hasta que se produce eldeterioro, caracterizado por un

j t d bi l h

Carga microbiológica

Aspectos sanitarios

conjunto de cambios que lo haceinaceptable para el consumoConocer los mecanismos queConocer los mecanismos queproducen la pérdida de laaceptabilidad permite plantearaceptabilidad permite plantearestrategias para aumentar la vida útilque no afecten a las característicasque no afecten a las característicasnutricionales y sensoriales delalimento


Formulación de Producto (I+D+i)Formulación de Producto (I+D+i)Diseño y formulación de nuevos alimentos y productos

Si se comienza con el concepto de aw entonces los nuevosproductos serán seguros, tendrán una máxima vida útil yserán de la más alta calidadLos datos de la aw sepueden ser usar parapredecir riesgos o cambios

t i lpotenciales en nuevosproductos


Inspección de IngredientesInspección de Ingredientes

Especificar los niveles de a aEspecificar los niveles de aw alos proveedores deingredientes para asegurar uningredientes para asegurar unproducto consistente

Al cambiar la aw de unproducto, pueden aparecerproblemas tanto en elproceso como en sulalmacenamiento

Fundamentos básicos sobre aw Madrid, 15 de junio de 2012

La a en el Control de ProcesoLa aw en el Control de ProcesoMedir la aw confirma la vida útil,calidad y seguridad de losproductos durante el proceso

d iproductivo

Permite evaluar y controlar loslotes. Homogeneidad

Calcular las mermas

Balance de producción,importancia económicaimportancia económica

Aporta información para inspecciones o quejas de clientes


Control de CalidadControl de Calidad• Cumplir con las normas deprod cto e portaciónproducto, exportación

• Estabilidad del producto, evitar el deterioro (microorganismos), oxidación de lípidos( i i t )(enranciamiento) ...

• Expresar la composición


Puntos críticos de control a y pHMedidas preventivas

Puntos críticos de control, aw y pH

para controlar el desarrollo de Salmonella enteriticaenteritica, Staphylococcus aureus i Listeria monocytogenesListeria monocytogenesdurante la elaboración de productos cárnicos fermentados


Gracias por asistir al Seminario de aGracias por asistir al Seminario de aw

LabFerrerE i li t ti id d d ( ) & I t d ióEspecialistas en actividad de agua (aw) & Isotermas de sorciónAquaLab ‐ DECAGON DEVICES Inc.

www.lab‐ferrer.comFundamentos básicos sobre aw Madrid, 15 de junio de 2012

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