Importancia de la medición de la actividad del agua (aw)

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Medición de la actividad del agua (aw)- Por qué es importante?

La actividad del agua desempeña un papel importante en la calidad de los productos en diversos campos, entre los que se incluyen:

  • Industria alimentaria
  • Industria farmacéutica, industria cosmética
  • Almacenamiento de semillas
  • Industria del tabaco
  • Fabricación industrial

Como se explicó en un Blog-Post anterior , todas las formas de vida dependen del agua. La actividad del agua indica la cantidad de agua biológicamente disponible para los microorganismos. Cada especie de microorganismo (bacteria, levadura, moho...) tiene un valor mínimo de actividad del agua por debajo del cual ya no es posible su crecimiento.

Actividad del agua Contaminante
aw = 0,91...0,95 Muchas bacterias
aw = 0,88 Muchas levaduras
aw = 0,80 Muchos mohos
aw = 0,75 Bacterias halófilas
aw = 0,70 Levaduras osmiófilas
aw = 0,65 Mildiu xerófilo

La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU. (FDA) ha adoptado el concepto de actividad del agua para establecer los límites a partir de los cuales ciertos tipos de alimentos se consideran susceptibles al moho y las bacterias, y ha establecido la siguiente normativa: El nivel de actividad del agua de 0,85 aw se utiliza como punto de definición para determinar si un alimento en conserva poco ácido o un alimento acidificado está cubierto por la normativa. Los alimentos en conserva poco ácidos pueden conservarse controlando la actividad del agua a niveles superiores a 0,85 aw. El nivel mínimo de aw para el crecimiento de C. botulinum es de aproximadamente 0,93 aw. Dependiendo de varias características del producto, este nivel mínimo puede llegar a 0,96 aw.

La normativa (21 CFR 113.3(e) (1) (ii)) establece que la esterilidad comercial puede lograrse mediante el control de la actividad del agua y la aplicación de calor. El calor suele ser necesario a niveles de aw superiores a 0,85 aw para destruir células latentes de microorganismos de importancia para la salud pública (por ejemplo, estafilococos) y microorganismos de deterioro que pueden crecer en un entorno de aw reducida. Véanse también las otras secciones siguientes de la normativa que tratan de los productos controlados por aw:

  • 21 CFR 113.10
    Asistencia a una escuela autorizada que imparta la formación adecuada para la tecnología de conservación en cuestión.
  • 21 CFR 113.40(i)
    Equipos y procedimientos para el procesado térmico de alimentos en los que se utilizan factores críticos como la actividad del agua.
  • 21 CFR 113.81(f)
    Factores adicionales que deben controlarse para evitar la proliferación de microoganismos no destruidos por el proceso térmico.
  • 21 CFR 113.100(a) (6)
    Requisitos de mantenimiento de registros para las determinaciones de aw.
  • Los requisitos de mantenimiento de registros para las determinaciones de aw.

Algunos ejemplos de alimentos enlatados de baja acidez con actividad de agua controlada, que pueden tener una aw superior a 0,85 aw, son: torta enlatada, pan, pasta de frijoles, algunos chutney, vegetales salados, pescado salado, pasta de guayaba, frijoles lupini, jarabe, coberturas, budines y algunas salsas orientales especiales. La actividad del agua suele controlarse mediante el uso de sal o azúcar. Hay situaciones en las que no es necesario realizar determinaciones rutinarias de aw durante la producción. Por ejemplo, si la sal es el conservante, la determinación del porcentaje de sal por sí sola puede ser suficiente para documentar el control de la actividad del agua y la esterilidad comercial. Sin embargo, el elaborador o la autoridad de elaboración necesitarían disponer de datos que relacionen sistemáticamente los niveles de sal en el producto concreto con los niveles de aw. La actividad del agua también podría controlarse mediante la formulación, siempre que ésta esté relacionada con un nivel determinado de aw mediante datos suficientes. Dado que los cambios en los proveedores de ingredientes pueden modificar la aw del producto acabado, sería conveniente que el elaborador realizara determinaciones periódicas de la aw. (Fuente: Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU.)

Actividad del agua (aw) de algunos alimentos comunes

  • Caviar: 0,92 aw
  • Queso para untar: 0,95 aw
  • Leche en polvo 8% humedad total: 0,70 aw
  • Salsa de dulce de leche 0,83 aw
  • Paté de hígado: 0,96 aw
  • Mantequilla de cacahuete 15% de humedad total: 0,70 aw
  • Pasta de judías rojas: 0.93 aw
  • Salami: 0.82 aw
  • Alimento húmedo blando para mascotas: 0,83 aw
  • Salsa de soja: 0,80 aw

El agua es el principal componente de la mayoría de los organismos vivos. Desde un punto de vista biológico, el agua tiene muchas propiedades distintas que son fundamentales para la proliferación de la vida. Desempeña esta función permitiendo que los compuestos orgánicos reaccionen de manera que, en última instancia, permiten la replicación. Todas las formas de vida conocidas dependen del agua.

¿Qué productos contienen agua?

Existen dos grandes categorías:

  • Higroscópicos: sustancias que absorben agua de su entorno
    • Sales
    • Fibras vegetales (madera, papel, productos agrícolas...)
    • Carne
    • Productos
  • Hidrófobas: sustancias que no absorben el agua de su entorno
    • Gases
    • Arena, vidrio en polvo
    • Metales en polvo

El agua puede tener diferentes efectos en diversos productos y en la industria alimentaria se reconoce que es fundamental para la estabilidad microbiológica, enzimática, química y de composición de la mayoría de los productos. Las variaciones en la actividad del agua pueden afectar significativamente:

  • Color
  • Sabor
  • Valor nutritivo
  • Contenido en proteínas y vitaminas
  • Vida útil
  • Almacenamiento y envasado
  • Solubilidad

Migración del agua dentro de un producto

La actividad del agua de un producto siempre intentará alcanzar el equilibrio con la atmósfera circundante. El agua libre migrará desde una región dentro de un producto con una alta actividad de agua hacia regiones de baja actividad de agua. El agua migrará hasta que se alcance el equilibrio. Humedad relativa de equilibrio (HRE) = 100 x aw.

¿Qué es el equilibrio estático?

El equilibrio estático es un conjunto de condiciones en las que un producto y la atmósfera que lo rodea tienen los mismos niveles de actividad de agua.
  • El producto y el Medio Ambiente están a la misma temperatura
  • La presión parcial de vapor de agua en el medio ambiente es la misma que en el producto.
  • La presión parcial de vapor de agua en el medio ambiente es la misma que en el producto.
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Equilibrio estático en el que hay la misma cantidad de moléculas de agua libres en el producto y en el aire circundante.

Cómo controlar la actividad del agua

La actividad del agua en los productos puede controlarse utilizando diversos aditivos (humectantes), empleando materiales de envasado satisfactorios o manteniendo unas condiciones de maduración y almacenamiento favorables.

¿Cómo pueden aplicarse las mediciones de la actividad del agua en el mundo real?

La actividad del agua proporciona mejor información que el contenido total de humedad en relación con

  • Estabilidad microbiana, química y enzimática de productos perecederos como alimentos, semillas y productos farmacéuticos
  • Propiedades de cohesión y fluidez de polvos higroscópicos
  • Adherencia de recubrimientos
  • Control de las propiedades de apelmazamiento y compactación
  • Estabilidad dimensional de materiales como el papel
  • Resistencia a la tracción y recuperación elástica
  • Presión de fluencia y compactación

Agua total en un producto

Así pues, hemos visto que la actividad del agua forma parte del agua total de un producto; en concreto, es el agua libre. Sin embargo, también existe agua ligada dentro de un producto. El agua ligada suele medirse por infrarrojos o por pérdida al secarse: es lo que se conoce como contenido de humedad.

¿Qué es el contenido de humedad?

El contenido de humedad es el porcentaje de agua por peso en el producto comparado con el peso seco o húmedo del producto e incluye tanto el agua ligada como el agua libre. El contenido de humedad se confunde a menudo con la actividad del agua.

¿Es posible correlacionar la actividad del agua y el contenido de humedad?

En equilibrio, la relación entre el porcentaje de agua y la actividad del agua de un material higroscópico puede representarse gráficamente mediante una curva: la isoterma de sorción. Para cada valor de actividad del agua, la isoterma de sorción muestra el contenido de humedad correspondiente a una temperatura constante dada. Cada producto tiene su propia isoterma de sorción.

Con la ayuda de una isoterma de sorción, se puede determinar el contenido de humedad de un producto midiendo la actividad del agua. Esto es beneficioso, ya que las mediciones de la actividad del agua son rápidas y no destructivas. La isoterma de sorción (normalmente no lineal) se determina experimentalmente para cada producto diferente y a distintas temperaturas.

Isoterma de sorción
Isoterma de sorción

¿Qué debo medir: la actividad del agua o el contenido de humedad?

Ambas mediciones tienen ventajas e inconvenientes. Las desventajas de medir el contenido de humedad:

Las desventajas de medir el contenido de humedad son las siguientes

  • El contenido de humedad no indica cuánta agua libre está disponible para los microorganismos
  • No proporciona información sobre cómo migrará el agua dentro o fuera del producto.
  • No proporciona información sobre cómo el agua migrará dentro o fuera de un producto
  • Medir el contenido de humedad destruye la muestra
  • El contenido de humedad por sí solo puede no significar nada
  • Las técnicas de medición son costosas o requieren mucho tiempo
  • El contenido de humedad no se ve afectado por la preparación de la muestra

La medición de la actividad del agua, sin embargo, ofrece muchas ventajas:

  • Mide directamente el agua libre
  • No destructiva
  • Medición rápida y sencilla
  • Mide las diferencias en la preparación de la muestra (vital para los productos afectados por el deterioro externo, como los comprimidos, la mayoría de los productos alimenticios y las semillas)

Cómo llevar a cabo un procedimiento de ensayo

Sin embargo, dado que la actividad del agua es una medición cualitativa, utilizada por sí sola no define:

  • la vida útil
  • potencial de crecimiento de organismos específicos
  • propiedades físicas (aglomeración, etc.)

Para llevar a cabo una medición significativa de la actividad del agua, también es importante comprobar el parámetro real que se pretende controlar.

1st Prueba: Parámetro real y actividad del agua

  • Pruebas de vida útil
  • Presencia de organismos de deterioro
  • Propiedades físicas
  • Pruebas de sabor
  • Eficacia de los productos (medicamentos, cosméticos)
  • Pruebas costosas
  • Largo periodo de tiempo
  • A menudo necesarias para el cumplimiento de la normativa

Las pruebas iniciales proporcionan información detallada sobre el parámetro que se pretende controlar. Las pruebas pueden llevar más tiempo y suponer mayores costes. Proporcionarán detalles que le permitirán relacionar, por ejemplo, la vida útil con la actividad del agua para su producto específico. Al mismo tiempo, puede probar la actividad del agua de ingredientes crudos y muestras a mitad de producción.

Prueba de 2nd: Pruebe sólo la actividad del agua

  • Ingredientes crudos (compruebe la consistencia)
  • Procesos de producción (si las recetas siguen siendo las mismas)
  • Productos finales (para comprobar la caducidad y la calidad)
  • Rápido y sencillo
  • Preparación de los productos
  • Realizado in situ/sobre el terreno
  • Menor coste

Esto significa que, en el futuro, las mediciones posteriores de la actividad del agua podrán utilizarse como indicador de la vida útil de los productos finales, pero también como control de las materias primas y los procesos para detectar desviaciones antes de que afecten a los productos. Dado que las mediciones de la actividad del agua son más rápidas y están disponibles a menor coste, se reducen los costes totales y los tiempos de las pruebas.

Ejemplo: uso de la actividad del agua para pruebas de caducidad

En el caso de productos alimenticios únicos en los que no se dispone de datos publicados sobre la actividad del agua, la vida útil no puede evaluarse con precisión analizando únicamente la actividad del agua. Además, cuando los procesos de producción pueden variar, puede ser interesante perfeccionar el proceso para obtener el mejor compromiso entre los costes del producto y su vida útil. En este ejemplo, el producto Aw se fabricó en cuatro lotes, cada uno de los cuales se sometió inmediatamente a una prueba de actividad del agua y posteriormente a una prueba de caducidad a largo plazo.

Producto A Vida útil Actividad del agua
Lote 1 9 meses 0,83 aw
Lote 2 5 meses 0,85 aw
Lote 3 3 meses 0,88 aw
Lote 4 2,5 meses 0,90 aw

Las pruebas demuestran que, para cumplir el plazo de conservación de tres meses, los productos deben tener una actividad del agua igual o inferior a 0,88 aw. Por lo tanto, las mediciones rápidas y sencillas de la actividad del agua pueden utilizarse por sí solas para confirmar que los productos cumplen esta especificación. ¿Cuándo puede utilizarse por sí sola la medición de la actividad del agua? Puede realizarse en productos conocidos con normas definidas:

  • Granos, queso, salami...

Para estos productos, las organizaciones sanitarias o los organismos industriales ya han realizado pruebas detalladas y han definido límites estándar de actividad del agua para productos específicos. Las mediciones de la actividad del agua también pueden utilizarse por sí solas para controlar simplemente los cambios del producto. La actividad del agua proporciona una forma rápida de determinar si un producto final ha cambiado:

La actividad del agua también puede utilizarse por sí sola para controlar simplemente los cambios en el producto.

  • Cambio de procesamiento (tiempo de secado, tamaño de partícula)
  • Cambio de ingredientes crudos (inconstancia del proveedor)
  • Contaminación (química u orgánica)
  • Contaminación (química u orgánica)
  • Contaminación (química u orgánica)

medición de la actividad del agua en equilibrio
Muestra de medición aún no en equilibrio (izquierda) y en equilibrio (derecha)
Aprende más sobre la actividad del agua en el siguiente vídeo:


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