ACTIVIDAD DE AGUA EN LOS ALIMENTOS Dr.C. Aldo Hernández Instituto de Fara!ia " Alientos Uni#ersidad de La Ha$ana
El agua
• Es un componente importante de los alimentos. • Contribuye a la estructura y textura y su interacción con otros componentes determina la estabilidad relativa durante el almacenamiento. Es un factor importante en el deterioro de alimentos por el papel que desempeña en diferentes reacciones químicas y enzimáticas así como en el desarrollo microbiano.
•
El agua
• Es un componente importante de los alimentos. • Contribuye a la estructura y textura y su interacción con otros componentes determina la estabilidad relativa durante el almacenamiento. Es un factor importante en el deterioro de alimentos por el papel que desempeña en diferentes reacciones químicas y enzimáticas así como en el desarrollo microbiano.
•
El a%ua " la !onser#a!i&n !onser#a!i&n de los alientos urante muc!os años se pensó que el mecanismo de conservación de los alimentos era la reducción del contenido de !umedad" la des!idratación de alimentos es una de las formas más antiguas de conservación. #in embargo" no es la cantidad de agua lo verdaderamente importante" sino la disponibilidad que $sta muestre para que ocurran las reacciones de deterioro.
La esta$ilidad de alientos " la 'uedad
• El aceite de maní se deteriora lentamente con un contenido de !umedad de %"& '. • El az(car refino cristalina es inestable con un ) ' de !umedad. • El almidón de papa es estable !asta con un )% ' de !umedad. • *o más importante no es el contenido de agua si no la disponibilidad que $sta muestre para que ocurran las reacciones de deterioro .
La a!ti#idad de a%ua • + esta disponibilidad se le denomina actividad de agua ,a(-. • Conocer esta propiedad es de gran utilidad en alimentos ya que se relaciona con aspectos como ganancia o p$rdida de !umedad" crecimiento de microorganismos" cin$tica de reacciones deteriorativas de los nutrientes" cambios en sabor" aroma" textura" estabilidad y conservación en general.
Con!e)to de a!ti#idad de a%ua *a (+ #e parte del concepto termodinámico de Energía libre de /ibbs G , H - TS , E /V - TS dG , dH - TdS , Vd/ - SdT En sistema de varios componentes" las especies químicas pueden ser ganadas o p$rdidas" la energía libre ,G- está en función no solo de la temperatura ,T- y la presión ,/-" si no del n(mero de moles del componente ,i-,ni-
dG , Vd/ - SdT 0 in1dG2dni3T4/4ndni
Con!e)to de a!ti#idad de a%ua *a (+ En la anterior ecuación se incluye el t$rmino potencial químico del componente *5i+ o energía libre parcial molar. e igual modo para una mezcla binaria como puede ser un alimento
5#a)or , 5aliento 5( 6Tln 7 ( , 58( 6Tln a( 0or lo tanto" la actividad de agua ,a(- representa el potencial químico relativo al agua en el alimento y constituye el control básico en la conservación de
Con!e)to de a!ti#idad de a%ua *a (+ esde el punto de vista termodinámico a( quedaría
a( , e15 9 58 26T3 (
(
Cuanto más pequeño sea el potencial químico en un alimento" más pequeña será la fuerza impulsora para las reacciones químicas del agua. Esta ecuación no se utiliza" esta propiedad se expresa en función de la presión de vapor de agua del alimento ,)(- y la del agua pura ,)8(- o en función de las !umedades relativas.
Con!e)to de a!ti#idad de a%ua *a (+
a( ,)( 2)8( a( , :*H6+2;<< , : *H6E+2;<< H61 2umedad relativa H6E1 2umedad relativa de equilibrio a la cual el alimento no gana ni pierde !umedad con la atmósfera. 3. #e refiere a un estado de equilibrio verdadero ). Está definida a una temperatura específica y presión total 4. El estado de referencia debe ser claramente especificado
/resi&n )ar!ial " )resi&n de #a)or
• /resi&n /ar!ial */#7 + *a presión e5ercida por las mol$culas de una sustancia en una mezcla gaseosa. • /resi&n de Va)or */8(+ *a presión e5ercida por el vapor de agua cuando el líquido y el vapor están en su equilibrio
N2 + O2 +H2O PT = PO + PN +PH + presión ambiente de 36"7 psi y 8% ' 29 p: ; 33"3<8 psi p= ; )"<78 psi p> ; %"84 psi po ; 3"%& psi
? @ 3%6oA
Isotera de adsor!i&n " desor!i&n de a%ua
I
II
III
Velo!idad relati#a de las rea!!iones de%radati#as en 7un!i&n de la a!ti#idad del a%ua *La$usa4 ;=><+.
A!ti#idad de a%ua " las rea!!iones deteriorati#as Inter#alo de Ti)o de rea!!i&n Ti)o )osi$le de rea!!i&n a!ti#idad de a%ua deteriorati#a )redoinante deteriorati#a ; - <4?<
Cre!iiento de i!roor%anisos
6ea!!iones enziáti!as
; - <4=;
@a!terias
; - <4??
Le#aduras
; - <4?<
Mo'os
<4?< - <4B
6ea!!iones enziáti!as Os!ure!iiento no enziáti!o *des!o)osi!i&n de %rasas " os!ure!iiento+
<4?< - <4><
Cre!iiento de i!roor%anisos *$a!terias 'al&7ili!as
<4?< - <4B
Mo'o ero7li!os
<4B - <4
Os!ure!iiento no enziáti!o *Maillard+
6ea!!iones enziáti!as4 auto oida!i&n
<4 - <4<
Autooida!i&n4 !a$ios 7si!os
6ea!!iones de de!olora!i&n no enziáti!a4 rea!!iones enziá9 ti!as
/rodu!to
a(
Huedad *:+
*ec!e
%"<<6
7
Carne fresca
%"<8
7%
0an
%"<&
6%
Dueso /ouda
%"<6
6%
#alc!ic!a
%"<
6)
ermelada
%"&
48
*ec!e concentrada azucarada
%"4
)
2arina de trigo
%"7)
36"8
9aisins
%"&%
)7
acarrones
%"68
3%
Caramelo duro
%"4%
4
Fizcoc!os
%")%
8
*ec!e descremada en polvo
%"33
4"8
0apas fritas cru5ientes
% %
38
Clasi7i!a!i&n de los alientos en $ase al #alor de la a( • +limentos des!idratados • +limentos concentrados • +limentos de !umedad intermedia ,%"&8 G aH G %"<8• +limentos de alta !umedad ,conservados por m$todos combinados- ,a HI %"<8-
Liites áios de a( en alientos =rganismos internacionales como A+ ,E.J.+-" comit$ de expertos de la A+= y =#" la dirección sanitaria de CCE ,directiva 77K7< de )3K3)K7&- recomendaron el establecimiento legal de los límites máximos limite para el valor de a H *os esfuerzos en esta línea requieren el establecimiento de m$todos seguros y precisos para la determinación o el cálculo de la actividad de agua en los alimentos
Mtodos )ara la deterina!i&n de la a!ti#idad de a%ua • Existe una gran variedad de m$todos" la selección dependerá de los costos" intervalos de aH" exactitud" rapidez del m$todo" calibración y mantenimiento de cada equipo. • #e clasifican atendiendo al principio que utilicen para la medición.
Clasi7i!a!i&n de los todos de edi!i&n a( • • • • • • • • • •
$todos isopi$ticos ,a presión constante$todos de intervalo $todo de interpolación gráfica $todo dinámico de interpolación $todos basados en las propiedades coligativas del agua $todos psicrom$tricos $todos !igrom$tricos Lsotermas de sorción $todos gravim$tricos $todos manaom$tricosK!igrom$tricos
Mtodos iso)iti!os *a )resi&n !onstante+ #e basan en el equilibrio que alcanza el alimento con alg(n material de referencia en un sistema cerrado" puede requerir varios días o semanas 0rocedimiento • 0reparación de la muestra" bien dividida 9ecipiente cerrado
• *os pesafiltros se pesan periódicamente !asta que no !aya #olución variación entre pesadas ,equilibrio-. salina • *os datos promedios de al menos saturada tres determinaciones se informan como aH
uestras
T !onstante
• Colocar cantidad de muestra conocida en pesafiltros
A!ti#idades a!uosas de las solu!iones salinas usadas en la deterina!i&n a ( Sal
Temperatura ºC 5
Cloruro de litio Acetato de potasio Cloruro de magnesio Carbonato de potasio Nitrato de magnesio !oduro de potasio Cloruro de sodio "ul#ato de amonio Cloruro de potasio Nitrato de potasio "ul#ato de potasio
0,113 0,336 0,431 0,589 0,33 0,5 0,824 0,8 0,963 0,985
10
20
25
30
40
50
0,113 0,234 0,335 0,431 0,54 0,21 0,5 0,821 0,868 0,960 0,982
0,113 0,231 0,331 0,432 0,544 0,689 0,55 0,813 0,851 0,946 0,96
0,113 0,225 0,328 0,432 0,529 0,689 0,53 0,810 0,843 0,936 0,93
0,113 0,234 0,324 0,432 0,514 0,69 0,51 0,806 0,836 0,923 0,90
0,112 0,216 0,316 0,484 0,661 0,4 0,99 0,823 0,891 0,964
0,111 0,305 0,454 0,645 0,44 0,92 0,812 0,848 0,958
Mtodo de inter#alos #e cortan tiras de papel %"8 x )"8 cm. Colocar cinta ad!esiva •
• os tiras se !umedecen con la sol. correspondiente y se coloca en las tapas de la ca5a 0etri. • #ecar las tiras a temperatura ambiente o en estufa. • El alimento se coloca en la ca5a 0etri" se cierra y se sellan. El alimento y tiras no deben !acer contacto. • espu$s de )6 !oras se determina que tiras están !(medas. • En función de las sales M aproximadamente la a( , intervalo• E5emplo %")8 G aH G %6
temperatura
se
da
Mtodo de inter)ola!i&n %rá7i!a *a ganancia o p$rdida de agua de la muestra se representa gráficamente" el punto donde no !ay ganancia corresponde a H6E • #e utilizan celdas de equilibrio con la sol. saturada donde se coloca la muestra , no contacto entre muestra y solución• 9egistrar el peso de recipiente y muestra y recipiente. • Colocar las celdas con las muestras en una incubadora a temperatura constante. • #e pesan las muestras cada dos !oras durante seis !oras. • #e construye el gráfico de ganancia o p$rdida de agua , )eso Ns a( de soluciones salinas-" se traza una línea que una todos los puntos y se determina a(
Mtodos )si!rotri!os Estos m$todos basan su principio de operación en la mezcla agua1 aire entre ellos se encuentran • El de punto de rocío" en el que la formación de rocío es detectada fotoel$ctricamente u óptimamente dependiendo del tipo de equipo. Como venta5a que la medición se puede !acer a cualquier temperatura. • ?ermopar psicrom$trico" se fundamente en la disminución de la temperatura de bulbo !(medo. El enfriamiento ocasionado a la muestra !ace que el agua se condense sobre el termopar" la velocidad de evaporación de dic!a agua está en función de la a!ti#idad de a%ua o equilibrio creado.
Medidor de a!ti#idad de a%ua
9otronic
Es)e!i7i!a!iones 9ango %"%%% a 3"%%% + H ,% a 3%% ' de !umedad relativa-" de 8 a 8% O C" +mbiente de operación % a << ' 29" de 13% OC a &% OC. 9esolución de la actividad de agua %"%%3 + H ,%"3' 29- 9esolución de temperatura %"3 P A K Oc 0recisión actividad del +gua Q %"%%3 + H de
Hi%r&etro
El equipo debe ser calibrado utilizando sales sobresaturadas con a H conocida.
Método
$sopi%stico
Aw reome!dada
Pre"#"$!
%#o e! al"me!to#
Otra# aratert"a#
0,80 & 0,99
0,005
Cual'uier alimento
Apro*imaci+n al e'uilibrio 0,40 - 0,98
0,001
Acares, materiales (arato, r)pido, .igrosc+picos, /aleas, sencillo, til para 'ueso an)lisis de rutina
$nterpolaci+n gr)#ica
resi+n de apor
0,55 & 1,00
0,01
7ermopar psicrom%trico
unto de roco
0,5 & 0,99
0,003
(arato, sencillo, recomendado para an)lisis de rutina
Carnes, 'ueso
(arato, sencillo r)pido
Alimentos sin actiidad respiratoria, pieas de res, cereales, pasas
uestras grandes, 10 a 50 g, lento, m%todo est)ndar
Cual'uier alimento
e'uiere una elocidad mnima de aire, tiene problemas de condensaci+n trans#erencia
Cual'uier alimento Costoso, r)pido
6esuen so$re los todos )ara deterinar la a(
Modelos )redi!ti#os de la a!ti#idad de a%ua en alientos Existe muc!a información sobre la estimación de la actividad de agua y se !an obtenido diversas ecuaciones con respaldo teórico o experimental y su desarrollo se !a visto favorecido por el desarrollo de la computación. +l aplicar alg(n modelo debe considerarse • Ldentificar todas las características del alimento" intervalo de aH" composición componentes mayoritarios. • #eleccionar aquellas ecuaciones que se recomiendan o !an sido aplicadas para el alimento en particular. • eterminar las venta5as del a5uste para cada uno de los modelos aplicados
Le" de 6aoult Este es el modelo más simple para predecir a H de solu!iones ideales que contienen soluto de ba5o peso molecular.
a( , ( , n( 2*n( ns+ RH SAracción molar de agua nH Soles existentes de agua en 3%% g de alimento. ns Soles existentes de soluto en 3%% g de alimento.
Modelo Mone" " @orn Este modelo fue propuesto a partir de la ecuación de 9aoult para ser utilizada en la predicción de la aH de productos de confitería.
A( , ; - <4> n n S 9epresenta el n(mero de moles de az(car en 3%% g de agua.
Modelo de Gro#er
,3<67-
Ecuación empírica para calcular a( en dulces y materiales análogos .
a( , ;< 9 ;
'alore# de (
:omas, almidones pectinas
0,8
"ucrosa lactosa
1,0
Acar inertido, gelatina casena
1,3
;cido ctrico sus sales
2,5
:licerol
4
Cloruro de sodio
9
ES Constante para algunos componentes comunes. RS Concentración del componente ,gKg -
E!ua!i&n de Norris' ,3<&&0ara calcular a( para componentes m(ltiples
lna( , ln( Kln lna( , ln( 1*9 K;<4B;+ *K<4B+ J.3 RS Aracciones molares de los solutosT US Coeficiente binario Soluto
'alore# de )
#acarosa
1 &"67
:lucosa
- 2,25
- 2,25
"orbitol
- 1,65
Acar inertido
- 2,25
:licerol
- 1,16
,C!irife y col."3<%- ,C!irife y Aavetto" 3<<)-
E!ua!i&n de 6oss ,3<78Esta e!ua!i&n es u" til )ara alientos de 'uedad interedia
a( , *a(+;*a(+*a(+ J. a( A!ti#idad de a%ua de los di7erentes !o)onentes ue !onstitu"en el aliento
A)li!a!i&n de odelos )redi!ti#os de a ( en al%unos alientos dul!es Produto
(*per"me!tal
ro,er Mo!e- .or! Norr"#/
erro o!t!
=alea de ua
0,824
0,819
0,8
0,83
0,800
ermelada de #resa
0,840
0,916
0,92
0,841
0,832
ermelada de #resa (
0,839
0,809
0,8
0,83
0,93
ermelada de #resa C
0,826
0,5
0,66
0,815
0,5
ermelada de mango
0,89
0,861
0,842
0,883
0,858
A)li!a!i&n de odelos )redi!ti#os de a ( en al%unos alientos salados Produto
(*per"me!tal
ro,er
o##
.romle-
C.orio
0,903
0,839
0,939
0,939
=am+n serrano
0,853
0,812
0,913
0,913
>ongania
0,669
0,14
0,85
0,889
ole colorado
0,946
0,966
0,91
0,981
ole poblano
0,848
0,5
0,86
0,949
?ueso coti/a
0,86
0,81
0,908
0,908
"almuera
0,96
0,99
0,94
0,94
"alsa de tomate
0,945
0,96
0,954
0,984
Ee)lo de la )redi!!i&n de a!ti#idad de a%ua Varabe de sacarosa con )&" 8 ' en peso de dic!a az(car. aH experimental ; %"< Base de cálculo 100 g para la composición molar
n2)= ; 74"38K3 ; 6"%4 nsacarosa ; )&"8K46) ;%"%7 ntotales ; 6"%4 W %"%7 ; 6"3&3 RH ; 6"%4K6"3&3 ; %"<3T R sacarosa ; %"%7K6"3&3 ; %"%3< Cálculo de aw
a- 0or la ley de 9aoult aH ; R( ; %"<3 b- Jsando la ecuación de :orris! con valor de U ; 1 &"67 lnaH ; ln,%"<3- W ,1 &67,%"%3<-) ; 1 %"%)3448& ; %"<7<