Importância da medição da atividade da água (aw)

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Medição da Atividade da Água (aw) - Porque é que é importante?

A atividade da água desempenha um papel importante na qualidade do produto em vários domínios, incluindo:

  • Indústria alimentar
  • Indústria farmacêutica, Indústria cosmética
  • Armazenamento de sementes
  • Indústria do tabaco
  • Fabrico industrial
.

Como explicado num Blog-Post anterior , todas as formas de vida dependem da água. A atividade da água indica a quantidade de água que está biologicamente disponível para os microrganismos. Cada espécie de microrganismo (bactéria, levedura, bolor...) tem um valor mínimo de atividade da água abaixo do qual o crescimento deixa de ser possível.

Atividade da água Contaminante
aw = 0,91...0,95 Muitas bactérias
aw = 0,88 Muitas leveduras
aw = 0,80 Muitos míldios
aw = 0,75 Bactérias halófilas
aw = 0,70 Leveduras osmiofílicas
aw = 0,65 Oídio xerófilo

A Food and Drug Administration (FDA) dos EUA adoptou o conceito de atividade da água para estabelecer limites para além dos quais certos tipos de alimentos são considerados susceptíveis a bolores e bactérias e estabeleceu os seguintes regulamentos: O nível de atividade da água de 0,85 aw é utilizado como ponto de definição para determinar se um alimento enlatado de baixa acidez ou um alimento acidificado é abrangido pelos regulamentos. Os alimentos enlatados com baixo teor de ácido podem ser preservados através do controlo da atividade da água a níveis superiores a 0,85 aw. O nível mínimo de aw para o crescimento do C. botulinum é de aproximadamente 0,93 aw. Dependendo de várias caraterísticas do produto, este nível mínimo pode ser tão alto quanto 0,96 aw.

Os regulamentos (21 CFR 113.3(e) (1) (ii)) afirmam que a esterilidade comercial pode ser alcançada através do controlo da atividade da água e da aplicação de calor. O calor é geralmente necessário em níveis de aw superiores a 0,85 aw para destruir as células dormentes de microrganismos de importância para a saúde pública (por exemplo, estafilococos) e microrganismos de deterioração que podem crescer num ambiente de aw reduzido. Ver também as seguintes outras secções dos regulamentos que tratam de produtos controlados por aw:

  • 21 CFR 113.10
    A frequência de uma escola aprovada que ministre formação adequada à tecnologia de conservação em causa.
  • 21 CFR 113.40(i)
    Equipamento e procedimentos para o processamento térmico de alimentos em que são utilizados factores críticos como a atividade da água.
  • 21 CFR 113.81(f)
    Factores adicionais a serem controlados para evitar o crescimento de microoganismos não destruídos pelo processo térmico.
  • 21 CFR 113.100(a) (6)
    Requisitos de manutenção de registos para determinações de aw.

Alguns exemplos de alimentos enlatados de baixa acidez controlados pela atividade da água, que podem ter uma aw superior a 0,85 aw, são: bolo enlatado, pão, pasta de feijão, alguns chutney, legumes salgados, peixe salgado, pasta de goiaba, feijão lupini, xarope, coberturas, pudins e alguns molhos especiais orientais. A atividade de água é geralmente controlada pelo uso de sal ou açúcar. Há situações em que as determinações rotineiras de aw não precisam ser feitas durante a produção. Por exemplo, se o sal for o conservante, a determinação da percentagem de sal pode ser suficiente para documentar o controlo da atividade da água e da esterilidade comercial. No entanto, o processador ou a autoridade de processamento precisaria de ter dados que relacionassem consistentemente os níveis de sal no produto específico com os níveis de aw. A atividade da água também pode ser controlada pela formulação, desde que a formulação esteja relacionada com um determinado nível de aw através de dados suficientes. Uma vez que as mudanças nos fornecedores de ingredientes podem alterar a aw do produto acabado, seria apropriado que o processador efectuasse determinações periódicas da aw. (Fonte: U.S. Food and Drug Administration)

Atividade da água (aw) de alguns alimentos comuns

  • Caviar: 0,92 aw
  • Queijo para barrar: 0,95 aw
  • Leite seco com 8% de humidade total: 0,70 aw
  • Molho de caramelo: 0.83 aw
  • Patê de fígado: 0,96 aw
  • Manteiga de amendoim 15% de humidade total: 0,70 aw
  • Pasta de feijão vermelho: 0,93 aw
  • Salame: 0,82 aw
  • Alimento macio e húmido para animais de estimação: 0,83 aw
  • Molho de soja: 0.80 aw

A água é o principal componente da maioria dos organismos vivos. De um ponto de vista biológico, a água tem muitas propriedades distintas que são críticas para a proliferação da vida. Desempenha este papel ao permitir que os compostos orgânicos reajam de forma a permitir a replicação. Todas as formas de vida conhecidas dependem da água.

Que produtos contêm água?

Existem duas grandes categorias:

  • Higroscópicos: substâncias que absorvem a água do meio envolvente
    • Sais
    • Fibras vegetais (madeira, papel, produtos...)
    • Carne
    • produtos
  • Hidrofóbicas: substâncias que não absorvem a água do meio envolvente
    • Gases
    • Areia, vidro em pó
    • Metais em pó

A água pode ter diferentes efeitos em vários produtos e é reconhecida na indústria alimentar como sendo crítica para a estabilidade microbiológica, enzimática, química e de composição da maioria dos produtos. As variações na atividade da água podem afetar significativamente:

  • Cor
  • Sabor
  • Valor nutricional
  • Conteúdo proteico e vitamínico
  • Prazo de conservação
  • Armazenamento e embalagem
  • Solubilidade

Migração da água no interior de um produto

A atividade da água de um produto tentará sempre atingir o equilíbrio com a atmosfera circundante. A água livre migrará de uma região dentro de um produto com uma elevada atividade de água para regiões de baixa atividade de água. A água migrará até ser atingido o equilíbrio. Humidade relativa de equilíbrio (ERH) = 100 x aw.

O que é equilíbrio estático?

O equilíbrio estático é um conjunto de condições em que um produto e a atmosfera circundante têm os mesmos níveis de atividade da água.
  • O produto e o ambiente estão à mesma temperatura
  • A pressão parcial do vapor de água no ambiente é a mesma que no produto.
free_water_molecules_water_activity
Equilíbrio estático em que existe a mesma quantidade de moléculas de água livres no produto e no ar circundante.

Como controlar a atividade da água

A atividade da água nos produtos pode ser controlada através da utilização de vários aditivos (humectantes), da utilização de materiais de embalagem satisfatórios ou da manutenção de condições favoráveis de maturação e armazenamento.

Como é que as medições da atividade da água podem ser aplicadas no mundo real?

A atividade da água fornece melhor informação do que o teor de humidade total no que diz respeito a:

  • Estabilidade microbiana, química e enzimática de produtos perecíveis, como alimentos, sementes e produtos farmacêuticos
  • Propriedades de coesão e fluxo de pós higroscópicos
  • Aderência de revestimentos
  • Controlo das propriedades de aglomeração e compactação
  • Estabilidade dimensional de materiais como o papel
  • Resistência à tração e recuperação elástica
  • Pressão de rendimento e compactação

Total de água num produto

Assim, vimos que a atividade da água faz parte da água total de um produto; especificamente, é a água livre. No entanto, também existe água ligada num produto. A água ligada é normalmente medida por infravermelhos ou por perda na secagem: isto é conhecido como o teor de humidade!

O que é o teor de humidade?

O teor de humidade é a percentagem de água por peso no produto em comparação com o peso seco ou húmido do produto e inclui tanto a água ligada como a água livre. O teor de humidade é frequentemente confundido com a atividade da água.

É possível correlacionar a atividade da água e o teor de humidade?

No equilíbrio, a relação entre a percentagem de água e a atividade da água de um material higroscópico pode ser representada graficamente por uma curva: a isotérmica de sorção. Para cada valor de atividade da água, a isotérmica de sorção mostra o teor de humidade correspondente a uma dada temperatura constante. Cada produto tem a sua própria isotérmica de sorção.

Com a ajuda de uma isotérmica de sorção, o teor de humidade de um produto pode ser determinado através da medição da atividade da água. Isto é vantajoso porque as medições da atividade da água são rápidas e não destrutivas. A isotérmica de sorção (normalmente não linear) é determinada experimentalmente para cada produto diferente e a diferentes temperaturas.

Isotérmica de sorção
Isotérmica de sorção

O que devo medir: a atividade da água ou o teor de humidade?

Ambas as medições têm vantagens e desvantagens. As desvantagens de medir o teor de humidade:

  • O teor de humidade não lhe diz quanta água livre está disponível para os microrganismos
  • Não fornece informações sobre a forma como a água migra para dentro ou para fora de um produto
  • A medição do teor de humidade destrói a amostra
  • O teor de humidade por si só pode não significar nada
  • As técnicas de medição são dispendiosas ou demoradas
  • O teor de humidade não é afetado pela preparação da amostra

A medição da atividade da água, no entanto, oferece muitos benefícios:

  • Medição direta da água livre
  • Não destrutiva
  • Medição rápida e simples
  • Mede as diferenças na preparação da amostra (vital para produtos afectados por deterioração externa, como comprimidos, a maioria dos produtos alimentares e sementes)

Como efetuar um procedimento de ensaio

No entanto, uma vez que a atividade da água é uma medição qualitativa, utilizada isoladamente, não define:

  • vida de prateleira
  • potencial de crescimento de organismos específicos
  • propriedades físicas (aglomeração, etc.)

Para efetuar uma medição significativa da atividade da água, é também importante verificar o parâmetro real que se pretende controlar.

1st Teste: Parâmetro real e atividade da água

  • Testes de conservação
  • Presença de organismos de deterioração
  • Propriedades físicas
  • Testes de sabor
  • Eficácia dos produtos (medicamentos, cosméticos)
  • Testes dispendiosos
  • Tempo necessário
  • Muitas vezes necessários para garantir a conformidade

Os ensaios iniciais fornecem informações pormenorizadas sobre o parâmetro que se pretende controlar. Os ensaios podem demorar mais tempo e implicar custos mais elevados. Fornecerão pormenores que lhe permitirão relacionar, por exemplo, o prazo de validade com a atividade da água para o seu produto específico. Ao mesmo tempo, pode testar a atividade da água de ingredientes crus e de amostras a meio da produção.

2nd Teste: Testar apenas a atividade da água

  • Ingredientes crus (verificar a consistência)
  • Processos de produção (as receitas permanecem as mesmas)
  • Produtos finais (para verificar o prazo de validade e a qualidade)
  • Rápido e fácil
  • Realizado no local/no terreno
  • Menor custo

Isto significa que, no futuro, as medições subsequentes da atividade da água podem ser utilizadas apenas como um indicador do prazo de validade dos produtos finais, mas também como uma verificação das matérias-primas e dos processos para detetar desvios antes que estes possam ter impacto nos produtos. Como as medições da atividade da água são mais rápidas e estão disponíveis a um custo mais baixo, isto reduz os custos globais e os tempos de ensaio.

Exemplo: utilização da atividade da água para testar o prazo de validade

Para produtos alimentares únicos em que os dados publicados sobre a atividade da água não estão disponíveis, o prazo de validade não pode ser avaliado com precisão apenas através do teste da atividade da água. Além disso, quando os processos de produção podem variar, pode ser interessante aperfeiçoar o processo para obter o melhor compromisso entre os custos do produto e o prazo de validade. Neste exemplo, o produto Aw foi produzido em quatro lotes, cada um deles foi imediatamente testado quanto à atividade da água e, em seguida, foi submetido a um teste de prazo de validade a longo prazo.

Produto A Vida útil Atividade da água
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

Os testes demonstram que, para cumprir um prazo de validade de três meses, os produtos devem ser produzidos com uma leitura da atividade da água igual ou inferior a 0,88 aw. As medições rápidas e fáceis da atividade da água podem, portanto, ser utilizadas isoladamente para confirmar que os produtos cumprem esta especificação. Quando é que a medição da atividade da água pode ser utilizada isoladamente? Pode ser efectuada em produtos conhecidos com normas definidas:

  • Cereais, queijo, salame...

Para estes produtos, as organizações de saúde ou os organismos industriais já efectuaram testes pormenorizados e definiram limites normalizados de atividade da água para produtos específicos. As medições da atividade da água também podem ser utilizadas isoladamente para monitorizar simplesmente as alterações do produto. A atividade da água proporciona uma forma rápida de determinar se um produto final sofreu alterações:

  • Alteração de processamento (tempo de secagem, tamanho de partícula)
  • Mudança de ingrediente bruto (inconstância do fornecedor)
  • Contaminação (química ou orgânica)

measurement water activity equilibrium
Amostra de medição ainda não em equilíbrio (esquerda) e em equilíbrio (direita)
Saiba mais sobre a atividade da água no seguinte vídeo:


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