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 tabacalera
• Fabricación industrial

Como se explicó en una entrada anterior del blog , todas las formas de vida dependen del agua. La actividad del agua indica la cantidad de agua que está biológicamente disponible para los microorganismos. Cada especie de microorganismo (bacterias, levaduras, mohos...) 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 osmófilas
aw = 0,65	Moho xerófilo

La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) ha adoptado el concepto de actividad del agua para establecer los límites a partir de los cuales se considera que ciertos tipos de alimentos son susceptibles al moho y las bacterias, y ha establecido las siguientes normas: El nivel de actividad del agua de 0,85 aw se utiliza como punto de referencia para determinar si un alimento enlatado de baja acidez o un alimento acidificado está sujeto a la normativa. Los alimentos enlatados con bajo contenido en ácido pueden conservarse controlando la actividad del agua en 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 las diversas características del producto, este nivel mínimo puede alcanzar los 0,96 aw.

Las normas (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. Por lo general, el calor es necesario a niveles de aw superiores a 0,85 aw para destruir las células inactivas de microorganismos importantes para la salud pública (por ejemplo, estafilococos) y los microorganismos causantes de deterioro que pueden crecer en un entorno con aw reducido. Véanse también las siguientes secciones de la normativa que tratan de los productos con control de aw:

• 21 CFR 113.10
  Asistencia a una escuela autorizada que imparta la formación adecuada sobre la tecnología de conservación en cuestión.
• 21 CFR 113.40(i)
  Equipos y procedimientos para el procesamiento 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 el crecimiento de microorganismos no destruidos por el proceso térmico.
• 21 CFR 113.100(a) (6)
  Requisitos de mantenimiento de registros para las determinaciones de aw.

Algunos ejemplos de alimentos enlatados de baja acidez con actividad del agua controlada, que pueden tener una aw superior a 0,85 aw, son: pasteles enlatados, pan, pasta de frijoles, algunos chutneys, verduras saladas, pescado salado, pasta de guayaba, habas lupini, sirope, coberturas, pudines y algunas salsas orientales especiales. La actividad del agua se controla normalmente 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 procesador o la autoridad de procesamiento necesitarían disponer de datos que relacionen de forma coherente 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 esta se relacione con un nivel de aw determinado mediante datos suficientes. Dado que los cambios en los proveedores de ingredientes pueden modificar el aw del producto acabado, sería conveniente que el procesador realizara determinaciones periódicas del aw. (Fuente: Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos)

Actividad del agua (aw) de algunos alimentos comunes

• Caviar: 0,92 aw
• Queso para untar: 0,95 aw
• Leche en polvo 8 % de humedad total: 0,70 aw
• Salsa de chocolate: 0,83 aw
• Paté de hígado: 0,96 aw
• Mantequilla de cacahuete con un 15 % de humedad total: 0,70 aw
• Pasta de judías rojas: 0,93 aw
• Salami: 0,82 aw
• Comida húmeda blanda para mascotas: 0,83 aw
• Salsa de soja: 0,80 aw

El agua es el componente principal de la mayoría de los organismos vivos. Desde un punto de vista biológico, el agua tiene muchas propiedades distintivas que son fundamentales para la proliferación de la vida. Desempeña esta función al permitir que los compuestos orgánicos reaccionen de manera que, en última instancia, permitan 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 cárnicos

• Hidrofóbicos: sustancias que no absorben agua de su entorno
• Gases
• Arena, vidrio en forma de polvo
• Metales en forma de 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 la composición de la mayoría de los productos. Las variaciones en la actividad del agua pueden afectar significativamente a:

• Color
• Sabor
• Valor nutricional
• Contenido de proteínas y vitaminas
• La vida útil
• El almacenamiento y el envasado
• La 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 del agua hacia regiones con una baja actividad del agua. El agua migrará hasta alcanzar el equilibrio. Humedad relativa de equilibrio (ERH) = 100 x aw.

¿Qué es el equilibrio estático?

El equilibrio estático es un conjunto de condiciones en las que un producto y la atmósfera circundante tienen los mismos niveles de actividad del agua.

• El producto y el entorno están a la misma temperatura.
• La presión parcial del vapor de agua en el entorno es la misma que en el producto.

Cómo controlar la actividad del agua

La actividad del agua en los productos se puede controlar utilizando diversos aditivos (humectantes), utilizando materiales de envasado adecuados o manteniendo condiciones favorables de maduración y almacenamiento.

¿Cómo se pueden aplicar 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 lo que respecta a:

• Estabilidad microbiana, química y enzimática de productos perecederos como alimentos, semillas y productos farmacéuticos
• Las propiedades de cohesión y fluidez de los polvos higroscópicos.
• La adherencia de los recubrimientos.
• El control de las propiedades de apelmazamiento y compactación.
• La estabilidad dimensional de materiales como el papel.
• La resistencia a la tracción y la recuperación elástica.
• La presión de rendimiento y la compactación.

Agua total en un producto

Hemos visto que la actividad del agua forma parte del agua total de un producto; concretamente, es el agua libre. Sin embargo, también existe agua ligada dentro de un producto. El agua ligada se mide normalmente mediante infrarrojos o pérdida por secado: ¡esto se conoce como contenido de humedad!

¿Qué es el contenido de humedad?

El contenido de humedad es el porcentaje de agua en peso del producto en comparación 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 determinada. 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 mediante experimentos para cada producto diferente y a diferentes temperaturas.

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

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

• El contenido de humedad no indica cuánta agua libre hay disponible para los microorganismos
• No proporciona información sobre cómo migrará el agua 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.

Sin embargo, medir la actividad del agua ofrece muchas ventajas:

• Mide directamente el agua libre.
• No es destructivo.
• Es una medición rápida y sencilla.
• Mide las diferencias en la preparación de la muestra (fundamental para productos afectados por el deterioro externo, como comprimidos, la mayoría de los productos alimenticios y semillas).

Cómo llevar a cabo un procedimiento de prueba

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

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

Para realizar una medición significativa de la actividad del agua, también es importante comprobar el parámetro real que se desea controlar.

1.ª prueba: parámetro real y actividad del agua

• Pruebas de vida útil
• Presencia de organismos causantes de deterioro
• Propiedades físicas
• Pruebas de sabor
• Eficacia de los productos (medicamentos, cosméticos)
• Pruebas costosas
• Requieren mucho tiempo
• A menudo son necesarias para cumplir con la normativa

Las pruebas iniciales proporcionan información detallada sobre el parámetro que se desea controlar. Las pruebas pueden llevar más tiempo y tener un coste mayor. Proporcionarán detalles que le permitirán relacionar, por ejemplo, la vida útil con la actividad del agua de su producto específico. Al mismo tiempo, puede comprobar la actividad del agua de las materias primas y las muestras de producción intermedias.

2.ª prueba: prueba solo de la actividad del agua

• Ingredientes crudos (comprobar la consistencia)
• Procesos de producción (¿las recetas siguen siendo las mismas?)
• Productos finales (para la vida útil y la calidad)
• Rápida y fácil
• Realizada in situ/sobre el terreno
• Menor coste

Esto significa que, en el futuro, las mediciones posteriores de la actividad del agua por sí solas 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 puedan afectar a los productos. Dado que las mediciones de la actividad del agua son más rápidas y están disponibles a un menor coste, esto reduce los costes generales y los tiempos de prueba.

Ejemplo: uso de la actividad del agua para pruebas de vida útil

En el caso de productos alimenticios únicos para los que no se dispone de datos publicados sobre la actividad del agua, no es posible evaluar con precisión la vida útil mediante la prueba de la actividad del agua por sí sola. Además, cuando los procesos de producción pueden variar, puede ser interesante perfeccionar el proceso para lograr el mejor equilibrio entre los costes del producto y la vida útil. En este ejemplo, el producto A 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 vida útil 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 con una vida útil de tres meses, los productos deben fabricarse con una lectura de actividad del agua igual o inferior a 0,88 aw. Por lo tanto, en el futuro se podrán utilizar mediciones rápidas y sencillas de la actividad del agua para confirmar que los productos cumplen con esta especificación. ¿Cuándo se puede utilizar únicamente la medición de la actividad del agua? Esto se puede llevar a cabo en productos conocidos con normas definidas:

• Cereales, 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 supervisar simplemente los cambios en los productos. La actividad del agua proporciona una forma rápida de determinar si un producto final ha cambiado:

• Cambio en el procesamiento (tiempo de secado, tamaño de las partículas)
• Cambio en la materia prima (inconsistencia del proveedor)
• Contaminación (química u orgánica)

Obtenga más información sobre la actividad del agua en el siguiente vídeo:

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