Misurazione dell'attività dell'acqua (aw) - Perché è importante?

L'attività dell'acqua gioca un ruolo importante nella qualità del prodotto in vari campi, tra cui:

• Industria alimentare
• Industria farmaceutica, industria cosmetica
• Conservazione dei semi
• Industria del tabacco
• Fabbricazione industriale

Come spiegato in un precedente Blog-Post , tutte le forme di vita dipendono dall'acqua. L'attività dell'acqua indica la quantità di acqua che è biologicamente disponibile per i microrganismi. Ogni specie di microrganismo (batteri, lieviti, muffe...) ha un valore minimo di attività dell'acqua al di sotto del quale la crescita non è più possibile.

La Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti ha adottato il concetto di attività dell'acqua per stabilire i limiti oltre i quali alcuni tipi di alimenti sono considerati suscettibili di muffe e batteri e hanno stabilito le seguenti regole: Il livello di attività dell'acqua di 0,85 aw è usato come punto di definizione per determinare se un cibo in scatola a bassa acidità o un cibo acidificato è coperto dai regolamenti. Gli alimenti in scatola a bassa acidità possono essere conservati controllando l'attività dell'acqua a livelli superiori a 0,85 aw. Il livello minimo aw per la crescita del C. botulinum è di circa 0,93 aw. A seconda delle varie caratteristiche del prodotto questo livello minimo può arrivare a 0,96 aw.

I regolamenti (21 CFR 113.3(e) (1) (ii)) affermano che la sterilità commerciale può essere raggiunta attraverso il controllo dell'attività dell'acqua e l'applicazione di calore. Il calore è generalmente necessario a livelli aw superiori a 0,85 aw per distruggere le cellule dormienti dei microrganismi di rilevanza per la salute pubblica (ad esempio gli stafilococchi) e i microrganismi di deterioramento che possono crescere in un ambiente aw ridotto. Vedere anche le seguenti altre sezioni dei regolamenti che trattano di prodotti controllati in aw:

• 21 CFR 113.10
  La frequenza di una scuola approvata che dia un'istruzione appropriata alla tecnologia di conservazione in questione.
• 21 CFR 113.40(i)
  Apparecchiature e procedure per il trattamento termico degli alimenti dove vengono utilizzati fattori critici come l'attività dell'acqua.
• 21 CFR 113.81(f)
  Fattori aggiuntivi da controllare per prevenire la crescita di microorganismi non distrutti dal processo termico.
• 21 CFR 113.100(a) (6)
  Requisiti di conservazione della documentazione per le determinazioni aw.
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Alcuni esempi di cibi in scatola a bassa acidità controllati dall'attività dell'acqua, che possono avere un aw superiore a 0,85 aw, sono: torta in scatola, pane, pasta di fagioli, alcuni chutney, verdure salate, pesce salato, pasta di guava, fagioli lupini, sciroppo, condimenti, budini, e alcune salse speciali orientali. L'attività dell'acqua è solitamente controllata dall'uso di sale o zucchero. Ci sono situazioni in cui le determinazioni aw di routine non devono essere fatte durante la produzione. Per esempio, se il sale è il conservante, la sola determinazione della percentuale di sale può essere sufficiente a documentare il controllo dell'attività dell'acqua e della sterilità commerciale. Tuttavia, l'addetto alla lavorazione o l'autorità di trasformazione dovrebbero disporre di dati che mettano coerentemente in relazione i livelli di sale in un particolare prodotto con i livelli di aw. L'attività dell'acqua potrebbe anche essere controllata dalla formulazione, purché la formulazione sia collegata a un dato livello di aw da dati sufficienti. Poiché i cambiamenti nei fornitori di ingredienti possono cambiare l'aw del prodotto finito, sarebbero opportune determinazioni periodiche dell'aw da parte del trasformatore. (Fonte: U.S. Food and Drug Administration)

Attività dell'acqua (aw) di alcuni alimenti comuni

• Caviale: 0,92 aw
• Cheese Spread: 0,95 aw
• Latte secco 8% umidità totale: 0,70 aw
• Salsa al caramello: 0.83 aw
• Paté di fegato: 0,96 aw
• Burro di arachidi 15% di umidità totale: 0,70 aw
• Pasta di fagioli rossi: 0.93 aw
• Salame: 0,82 aw
• Cibo per animali morbido e umido: 0,83 aw
• Salsa di soia: 0,80 aw

L'acqua è il componente principale della maggior parte degli organismi viventi. Da un punto di vista biologico, l'acqua ha molte proprietà distinte che sono fondamentali per la proliferazione della vita. Svolge questo ruolo permettendo ai composti organici di reagire in modi che alla fine permettono la replicazione. Tutte le forme di vita conosciute dipendono dall'acqua.

Quali prodotti contengono acqua?

Esistono due grandi categorie:

• Igroscopici: sostanze che assorbono acqua dall'ambiente circostante
• Sali
• Fibre vegetali (legno, carta, prodotti...)
• Prodotti a base di carne

• Idrofobici: sostanze che non assorbono acqua dall'ambiente circostante
• Gas
• Sabbia, vetro in polvere
• Metalli in polvere

L'acqua può avere diversi effetti in vari prodotti ed è riconosciuta nell'industria alimentare come fondamentale per la stabilità microbiologica, enzimatica, chimica e di composizione della maggior parte dei prodotti. Le variazioni nell'attività dell'acqua possono influenzare significativamente:

• Colore
• Gusto
• Valore nutrizionale
• Contenuto di proteine e vitamine
• Durata di conservazione
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• Stoccaggio e imballaggio
• Solubilità

Migrazione dell'acqua all'interno di un prodotto

L'attività dell'acqua di un prodotto cercherà sempre di raggiungere l'equilibrio con l'atmosfera circostante. L'acqua libera migrerà da una regione all'interno di un prodotto con un'alta attività dell'acqua verso regioni con una bassa attività dell'acqua. L'acqua migrerà fino a raggiungere l'equilibrio. Umidità relativa di equilibrio (ERH) = 100 x aw.

Che cos'è l'equilibrio statico?

L'equilibrio statico è un insieme di condizioni in cui un prodotto e l'atmosfera circostante hanno gli stessi livelli di attività dell'acqua.

• Il prodotto e l'ambiente sono alla stessa temperatura
• La pressione parziale del vapore acqueo nell'ambiente è la stessa del prodotto.

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Come controllare l'attività dell'acqua

L'attività dell'acqua nei prodotti può essere controllata usando vari additivi (umettanti), usando materiali di imballaggio soddisfacenti o mantenendo condizioni di maturazione e conservazione favorevoli.

Come si può applicare la misurazione dell'attività dell'acqua nel mondo reale?

L'attività dell'acqua fornisce informazioni migliori del contenuto totale di umidità per quanto riguarda:

• Stabilità microbica, chimica ed enzimatica di prodotti deperibili come alimenti, semi e prodotti farmaceutici
• Proprietà di coesione e flusso di polveri igroscopiche
• Aderenza dei rivestimenti
• Controllo delle proprietà di caking e compattazione
• Stabilità dimensionale di materiali come la carta
• Resistenza alla trazione e recupero elastico
• Pressione di snervamento e compattazione

Acqua totale in un prodotto

Allora abbiamo visto che l'attività dell'acqua fa parte dell'acqua totale in un prodotto; in particolare è l'acqua libera. Tuttavia, esiste anche acqua legata all'interno di un prodotto. L'acqua legata viene solitamente misurata con gli infrarossi o la perdita all'essiccazione: questo è noto come il contenuto di umidità!

Che cos'è il contenuto di umidità?

Il contenuto di umidità è la percentuale di acqua in peso nel prodotto rispetto al peso secco o umido del prodotto e comprende sia l'acqua legata che l'acqua libera. Il contenuto di umidità è spesso confuso con l'attività dell'acqua.

È possibile correlare l'attività dell'acqua e il contenuto di umidità?

All'equilibrio, la relazione tra la percentuale di acqua e l'attività dell'acqua di un materiale igroscopico può essere rappresentata graficamente da una curva: l'isoterma di assorbimento. Per ogni valore di attività dell'acqua, l'isoterma di assorbimento mostra il contenuto di umidità corrispondente a una data temperatura costante. Ogni prodotto ha la propria isoterma di assorbimento.

Con l'aiuto di un'isoterma di assorbimento, il contenuto di umidità di un prodotto può essere determinato misurando l'attività dell'acqua. Questo è vantaggioso perché le misurazioni dell'attività dell'acqua sono veloci e non distruttive. L'isoterma di assorbimento (di solito non lineare) viene determinata sperimentalmente per ogni prodotto diverso e a diverse temperature.



Cosa dovrei misurare: attività dell'acqua o contenuto di umidità?

Entrambe le misurazioni hanno vantaggi e svantaggi. Gli svantaggi di misurare il contenuto di umidità:

• Il contenuto di umidità non ti dice quanta acqua libera è disponibile per i microrganismi
• Non fornisce alcuna informazione su come l'acqua migrerà dentro o fuori da un prodotto
• Misurare il contenuto di umidità distrugge il campione
• Il solo contenuto di umidità può non significare nulla
• Le tecniche di misurazione sono costose o richiedono molto tempo
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• Il contenuto di umidità non è influenzato dalla preparazione del campione

Misurare l'attività dell'acqua, tuttavia, offre molti vantaggi:

• Misura direttamente l'acqua libera
• Non distruttivo
• Misura semplice e veloce
• Misura le differenze nella preparazione del campione (vitale per i prodotti affetti da deterioramento esterno come le compresse, la maggior parte dei prodotti alimentari e i semi)

Come eseguire una procedura di test

Tuttavia, poiché l'attività dell'acqua è una misura qualitativa, usata da sola non definisce:

• la durata di conservazione
• potenziale di crescita di organismi specifici
• proprietà fisiche (raggruppamento ecc.)

Per effettuare una misurazione significativa dell'attività dell'acqua, è anche importante controllare il parametro effettivo che si sta cercando di controllare.

1^st Test: Parametro reale e attività dell'acqua

• Test di conservabilità
• Presenza di organismi di deterioramento
• Proprietà fisiche
• Test del gusto
• Efficacia dei prodotti (farmaci, cosmetici)
• Test costosi
• Lungo tempo richiesto
• Spesso richiesti per la conformità

I test iniziali forniscono le informazioni dettagliate sul parametro che si vuole controllare. I test possono richiedere più tempo con costi maggiori. Forniscono dettagli che vi permettono di mettere in relazione, per esempio, la durata di conservazione con l'attività dell'acqua per il vostro prodotto specifico. Allo stesso tempo potete testare l'attività dell'acqua degli ingredienti grezzi e dei campioni di metà produzione.

2^nd Test: Test per la sola attività dell'acqua

• Ingredienti grezzi (controllare la consistenza)
• Processi di produzione (le ricette rimangono le stesse)
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• Prodotti finali (per la durata di conservazione e la qualità)
• Veloce e facile
• Eseguito sul posto/sul campo
• Costo inferiore

Questo significa che, andando avanti, le misurazioni successive dell'attività dell'acqua da sole possono essere utilizzate come indicatore della durata di conservazione dei prodotti finali, ma anche come controllo degli ingredienti grezzi e dei processi per cogliere le deviazioni prima che possano avere un impatto sui prodotti. Poiché le misurazioni dell'attività dell'acqua sono più veloci e disponibili a un costo inferiore, questo riduce i costi complessivi e i tempi dei test.

Esempio: utilizzo dell'attività dell'acqua per i test di shelf life

Per prodotti alimentari unici in cui i dati pubblicati sull'attività dell'acqua non sono disponibili, la durata di conservazione non può essere valutata accuratamente testando solo l'attività dell'acqua. Inoltre, quando i processi di produzione possono variare, può essere interessante perfezionare il processo per fornire il miglior compromesso tra i costi del prodotto e la durata di conservazione. In questo esempio, il prodotto Awas è stato prodotto in quattro lotti, ognuno dei quali è stato immediatamente testato per l'attività dell'acqua e poi successivamente sottoposto a un test di conservabilità a lungo termine.

Prodotto A	Vita sugli scaffali	Attività dell'acqua
Lotto 1	9 mesi	0,83 aw
Lotto 2	5 mesi	0,85 aw
Lotto 3	3 mesi	0,88 aw
Lotto 4	2,5 mesi	0,90 aw

I test dimostrano che per soddisfare una durata di conservazione di tre mesi i prodotti dovrebbero essere prodotti con una lettura dell'attività dell'acqua uguale o inferiore a 0,88 aw. Le misurazioni dell'attività dell'acqua, facili e veloci, possono quindi essere utilizzate da sole, andando avanti, per confermare che i prodotti soddisfino questa specifica. Quando si può usare la misurazione dell'attività dell'acqua da sola? Può essere effettuata su prodotti noti con standard definiti:

• Grains, formaggio, salame...

Per questi prodotti, le organizzazioni sanitarie o gli enti industriali hanno già eseguito test dettagliati e definito limiti standard di attività dell'acqua per determinati prodotti. Le misurazioni dell'attività dell'acqua possono anche essere utilizzate da sole per monitorare semplicemente i cambiamenti del prodotto. L'attività dell'acqua fornisce un modo rapido per determinare se un prodotto finale è cambiato:

• Modifica della lavorazione (tempo di asciugatura, dimensione delle particelle)
• Modifica degli ingredienti grezzi (incostanza del fornitore)
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• Contaminazione (chimica o organica)

. Scopri di più sull'attività dell'acqua nel seguente video:







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