Especialistas en actividad de agua (aw) & Isotermas
de sorción LabFerrerFundamentos básicos sobre
ti id d d ( ) actividad de agua (aw). Principios y aplicacionesPrincipios y aplicaciones
Gema Rodrigo
www.lab-ferrer.com Webinar, 10 de julio de 2014
gÁrea de actividad de agua
ContenidoContenido
1 Definición de a1. Definición de aw
2. Medida de la aw
3. Aplicaciones de la awindustria alimentaría industria alimentaría, farmacéutica, cosmética, veterinaria y química
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aw versus Contenido de HumedadwCONTENIDO DE HUMEDAD
• Cantidad cuantitativa de agua en una muestra sobre unaCantidad cuantitativa de agua en una muestra sobre unabase “seca” o “húmeda”
• Una propiedad extensiva que depende de la cantidadp p q pde material
ACTIVIDAD DE AGUA aACTIVIDAD DE AGUA aw Medida cualitativa, mide estado del agua en un
sistemasistema Una cualidad interna que no depende de la cantidad
de materialde material
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Definición de actividad de aguaDefinición de actividad de aguaLa actividad de agua (aw) es una medida del estado de energíadel agua en un sistema
aw = f/fo = p/po
del agua en un sistema
w o p po
Presión de vapor de agua en la muestra @ °Caw = ——————————————————
Presión de vapor de agua en la muestra @ C
Presión de vapor del agua pura @ misma °C
ERH (%) /100aw = ERH (%) /100
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aw
a p/p
w
aw = p/po
Producto Agua
1. Equilibrio2. Temperatura y presión constantes y conocidas
WaterMoleculeDemostration.wmv
2. Temperatura y presión constantes y conocidas
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Contenido de HumedadContenido de Humedad Medida cuantitativa de la cantidad de agua Medida empírica, carece de patrones estándar Técnicas de medida
Perdida por secado – Ecuación de Fick Valoración (Karl Fischer)
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Sistema de Queso y Galletas Crackers Sistema de Queso y Galletas Crackers CRACKERS Inicial Final QUESO Inicial Final
Humedad (%) 4 20
0 30 0 75
Humedad (%) 60 30
0 90 0 75aw 0,30 0,75 aw 0,90 0,75
Contenedor de la ed
ad
Hum
edad
de la Muestra
Exceso de Sal
Hum
e
TiempoTiempo pTiempo
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¿Pregunta?La galleta y el queso se colocan juntos
¿Pregunta?
Galleta
20% Humedad
Queso
30% Humedad20% Humedad 30% Humedad
¿Hacia dónde se mueve el agua?Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Ventajas de la awVentajas de la aw
La aw proporciona información detallada de:
• Desarrollo Microorganismos
• Migración de HumedadMigración de Humedad
• Estabilidad Química
• Estabilidad Bioquímica
• Propiedades Físicas
• Vida Útil
EL CONTENIDO DE AGUA, NO!,Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Isoterma de Sorción de HumedadIsoterma de Sorción de HumedadIsoterma de Sorción Típica
Milk Powder Malto 16.5 Infant Formula Drink Mix Fiber Powderp
20
25
15
20tent (d.b.)
10
oisture Cont
Actividad de Agua
5
Mo
Actividad de Agua0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Water Activity
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y
Factores que Controlan la awFactores que Controlan la aw
Efectos coligantes o interacciones en Solutos Efectos dePropiedades Enlazantes del AguaEfectos coligantes o interacciones en Solutos, Efectos decapilaridad, Interacciones de superficie o efecto MatrizLa combinación de esos factores en los alimentos reduce laLa combinación de esos factores en los alimentos reduce laenergía del agua al compararla con agua pura
Efecto de la TemperaturaLa aw depende de la Temperatura, al influir en:La aw depende de la Temperatura, al influir en:
uniones del agua, disociación del agua, solubilidad desolutos en agua, estado de la matriz (cristalina o amorfa)
El efecto de la temperatura en la aw es específico de cadaproducto
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Efecto de la TemperaturaEfecto de la Temperatura
Contenido constante de agua
Aumento de la temperatura
Actividad de aguaActividad de agua
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¿Por qué es necesario medir la aw?¿Por qué es necesario medir la aw?
R l t CE 2073/2005
ALIMENTOS POTENCIALMENTE PELIGROSOS aw 0,85 Clasificación Alimentos FAO: Reglamento CE 2073/2005Clasificación Alimentos FAO: Altamente perecederos aw > 0,9 De humedad intermedia (IMF) aw = 0,6-0,9 Autoestables aw < 0,6
Productos de calidadProductos de calidad
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Medida de la aww
Métodos de Medida de la aw–Higrómetros de cabello o polímero–Diferencia en punto de congelaciónEquilibrio Isopiéstico–Equilibrio IsopiésticoHigrómetros EléctricosPunto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point)
Requerimientos para medir correctamenteEstándares de CalibraciónPreparación de las muestrasTemperatura de las muestrasTemperatura de las muestras
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Sensores de Propiedades EléctricasSensores de Propiedades EléctricasLa humedad cambia las propiedades eléctricas de un materialhigroscópico que está en equilibrio con el aire de la cámarahigroscópico que está en equilibrio con el aire de la cámara
VENTAJASE tit d ±0 02– Exactitud = ±0,02aw
– Relativamente Insensible a los volátiles– Miden el intervalo completo de awp w– Buena relación funcionamiento / precio
INCONVENIENTES–Método de medida secundario Pawkit
–Es necesario compensar la temperatura del sensor–El sensor puede presentar histéresis
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Punto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point)La muestra se equilibra en unacámara sellada que contiene uncámara sellada que contiene unespejo sobre el que condensa elvapor de agua. Espejo
Sensor optico
Ventiladorp gEn el equilibrio, la HR del aire enla cámara es igual que la aw del t
Termistor
la muestra.Una célula fotoeléctrica y untermistor detectan el punto Muestratermistor detectan el puntoexacto en el que se produce lacondensación y la temperatura, Punto de Rocío, funcionamiento yrespectivamente.
Punto de Rocío, funcionamiento
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AquaLab PRE y S4 Familia S4AquaLab PRE y S4 Familia S4PRE
Ventilador
Espejo
EspejoVentilador
Sensor optico
Ventilador
Espejo
Termistor Sensor
infrarrojo
Sensor óptico
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Punto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point)Ventajas
é d d f i• Método de referencia• Intervalo de aw (0,03 – 1,0aw)
Má i tit d ± 0 003• Máxima exactitud ± 0,003aw• Lecturas rápidas <5min• Elevada fiabilidad• Elevada fiabilidad
DesventajasjNecesita un espejo limpioLas lecturas se ven afectadas por la presencia decompuesto orgánicos volátiles (alcohol o propilen glicol)
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Recomendaciones para medir awNormativas• AOAC (Association of Analytical Communities) 978 19
Recomendaciones para medir aw
AOAC (Association of Analytical Communities) 978.19• ISO 7218 (Microbiology of food and animal feeding stuffs - General rules for microbiological examinations.
InternationalOrganizationforStandardization)• Norma ISO 21807:2004 (Microbiologyoffoodandanimalfeedingstuffs-Determinationofwateractivity)• European Pharmacopoeia 7.1 (2.9.39Water-solidsInteractions)• ISO 29621 (Cosmetics - Microbiology - Guidelines for the risk assessment and identification of microbiologically
low-riskproducts)
BUENAS PRÁCTICAS DE MANEJO• Limpieza y mantenimiento fácil
P t l tá d d lib ió• Patrones o sales estándar de calibración• Calibración/verificación por el usuario fácil y rápida
PREPARACIÓN DE LAS MUESTRASPREPARACIÓN DE LAS MUESTRASTEMPERATURA DE LAS MUESTRAS
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LimpiezaLimpieza
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PatronesPatronesSuspensiones de SALESSATURADAS
Soluciones de SALES NOSATURADASSATURADAS
Sal aw a 25CLiCl 0,113 0,003
SATURADAS
Ecuación de Robinson y Stokes( f M )LiCl 0,113 0,003
MgCl 0,328 0,002K2CO3 0,432 0,004Mg(NO ) 0 529 0 002
aw = exp(-nfcMw)n,número de partículas activas por molécula de soluto (2para NaCl)Mg(NO3)2 0,529 0,002
NaCl 0,753 0,001KCl 0,843 0,003K SO 0 973 0 005
f, coeficiente osmóticoc,concentración del soluto (mol kg-1)Mw , peso molecular del agua (0,018 kg mol-1)
K2SO4 0,973 0,005
Adaptado de Greenspan, L. (1977)
Robinson, R.A. and Stokes, R.H. (1965)
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Verificación del medidorVerificación del medidorMEDIR EL PATRÓN DE VERIFICACIÓN
Limpiar
Incorrecto
(± 0 003 a )Correcto
Repetir el proceso
LimpiarLimpiar
Correcto
(± 0,003 aw)
(± 0,003 aw)MEDIR OTRO
PATRÓN
MEDIR DE NUEVO ELPATRÓN DE
VERIFICACIÓNVERIFICACIÓN
Incorrecto
AJUSTAR LADESVIACIÓN
LISTO PARA MEDIR
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Correcta preparación de muestrasCorrecta preparación de muestrasPREPARA LAS MUESTRAS SIEMPRE DE LA MISMA FORMA
– Emplear muestras representativas– Prevenir el intercambio de humedad con el medio
if i d l l á d– Diferencia de temperatura entre la muestra y la cámara demedida < 2ºC
– No es recomendable picar/triturar las muestras se puede– No es recomendable picar/triturar las muestras, se puedeproducir un aumento de temperatura
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Productos Cárnicos0,788 aw
0,86 aw
0 92 a
Productos Cárnicos
0,827 aw
0 853 a
0,92 aw
0,866 aw
0,853 aw 0,984 aw
0,976 aw
0,861 aw0,876 aw
0 891 a0 887 a 0 941 0,891 aw0,887 aw 0,941 aw
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Productos de panadería y bolleríaProductos de panadería y bollería0,98 aw
0,80 aw0,76 aw
0,81 aw
0,68 aw
0,8 aw
0,78 aw
0,945 aw
0 80 0 84 a
w
0,80 – 0,84 aw
0,92 aw
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QuesosQuesos
0,94 aw
0,955 a0,90 aw0 88 0 93
0,97 aw
0,94 aw aw0,90 aw
0,92 aw
0,92 aw0,88 – 0,93 aw0,94 aw
0,92 aw
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Bollería IndustrialBollería Industrialaw
Bizcochos 0,761
Croissants 0,845
Sobaos con mantequilla 0,737
Magdalenas Cuadradas 0,779
Boer Triple chocolate 0,364
Rosquillas de Cuaresma 0,809
Tarta de Manzana 0,809
Hojaldre de cabello de angel0,814
Hojaldre con sésamo 0,338
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Embutidos curadosaw
Embutidos curados
Cabeza de lomo loncheada Cortada 0,911Triturada 0,913
Morcón loncheado Cortado 0,904Triturado 0,905
Fuet extra sin pimienta Cortado 0,789
Longaniza tradicional lonchas Cortado 0,907
Longaniza de Vic Cortado 0,904
Jamón Serrano en lonchas Cortado 0,907
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Cápsulas y Cápsulas y comprimidos
aw
Comprimido Entero 0,296Cortado 0,305
Comprimido Entero 0,158Cortado 0,274
Cápsula Entera 0,380Contenido 0,381
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Aplicaciones de la actividad de agua Crecimiento Microorganismos
Aplicaciones de la actividad de agua
Estabilidad Química y Bioquímica
P i d d Fí i Propiedades Físicas
Isotermas de Sorción de Humedad
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Seguridad microbiológicaSeguridad microbiológicaSólo en los Estados Unidos:76 millones de casos de enfermedades76 millones de casos de enfermedades325.000 hospitalizaciones y 5.000 muertes anuales
Fuente: Centro para Control de Enfermedades (CDC)
REGULACIONES ALIMENTARIAS– http://www.aesan.msc.es/AESAN/web/cadena_alimentaria/subdetalle/crit
erios microbiologicos vida util.shtmlerios_microbiologicos_vida_util.shtml– CFR - Code of Federal Regulations Title 21, (approval as food additives
(21 CFR 570, 571 and 573). Colorings must have approvals for that use asspecified in 21 CFR 70 and be listed in Parts 73 74 or 81)specified in 21 CFR 70 and be listed in Parts 73, 74, or 81)
– Reglamento (CE) no 882/2004 y 669/2009– APCC – análisis de puntos críticos de controlREGULACIONES COSMÉTICASREGULACIONES COSMÉTICAS– ISO 29621 Cosmetics — Microbiology — Guidelines for the risk
assessment and identification of microbiologically low-risk products
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Valores de aw límiteValores de aw límite
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Desarrollo de microorganismos
f
Desarrollo de microorganismos
Efectos de distintosvalores de aw sobre lascurvas de crecimientocurvas de crecimientode Staphylococcusaureus
Adapted from Troller, J. A. (1987). Adaptation and growth of microorganisms in environments withreduced water activity. In: Water activity: Theory and applications to food Rockland, L. B. and Beuchat, L.
d l kk kR. eds. Marcel Dekker, Inc.New York p.101-117.
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Estabilidad Química y BioquímicaEstabilidad Química y Bioquímica• Oscurecimiento No Enzimático• Oxidación Lipídica• Degradación de Nutrientes• Degradación de Nutrientes• Reacciones Enzimáticas
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Oscurecimiento No EnzimáticoOscurecimiento No EnzimáticoDiagrama de Velocidad de Reacción de oscurecimiento
Reacción
cidad Re
lativa de
Actividad de Agua
Veloc
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Oxidación LipídicaOxidación LipídicaUna de las principales causas de deterioro de alimentos.Produce:Produce:
Olores y sabores desagradablesDisminución de la calidad nutricionalAlgunos productos son potencialmente tóxicos
Todas las etapas se ven afectados por la aw y la Temperatura
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Degradación de NutrientesDegradación de NutrientesLa degradación de las vitaminasaumenta al aumentar la awwEjemplo: disminución de la cantidad deVitamina C con el paso del tiempo
Degradación del ácidoAscórbico a distintos
l d °valores de aw y a 35°CLabuza, T. P. 1974. Storage stability andimprovement of intermediate moisture foods. NASimprovement of intermediate moisture foods. NASContract 9-125-60, Phase II, Final Report:10-81.
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Estabilidad Química y BioquímicaLa aw es un indicador que permite predecir qué tipo dereacciones ocurrirán en base a la composición del producto
Estabilidad Química y Bioquímica
reacciones ocurrirán, en base a la composición del producto
La aw influye en la velocidad dew ylas reacciones.El agua puede actuar como:
S l tSolventeReactivoCambia la movilidad de los Cambia la movilidad de los reactantes (viscosidad)
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Actividad Enzimática Actividad Enzimática
Drapron, R. (1985) Enzyme activity a function of water activity. In Properties of Water in Foods.Simato, D. and Multon, J.L. (ed.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands.
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aw versus Propiedades Físicasw pModificaciones en la Textura
Migración de humedadApelmazamiento y aglomeraciónApelmazamiento y aglomeración
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TexturaTexturaProductos Duros o Crujientes• Valores de a bajos• Valores de aw bajos• Se quiebran cuando se les aplica
fuerza, son crujientesue a, so c uj e tes• Se ablandan cuando se someten a
aw elevadas
Productos Suaves o Blandos- aw de intermedio a altow- Se doblan cuando se les aplica
presiónú- Son húmedos, jugosos y suaves
- Se endurecen cuando se someten aa bajasaw bajas
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Migración de HumedadMigración de HumedadLa migración de humedad lleva a:
bi l• cambios en la textura• crecimiento microorganismos• reacciones de degradación• reacciones de degradación• cambios organolépticos
Ejemplos de sistemas Multi-componenteQ / ll t l f t Queso/galletas, cereales con frutas, masas horneadas – rellenos, masa para pizza congelada – salsas para pizza congelada salsas, helados con barquillo, sandwiches, bocadillos …
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ApelmazamientoApelmazamientoEl apelmazamiento es un proceso que depende de la aw, eltiempo y la temperatura
Etapas de un proceso de apelmazamiento:Humedecimiento
tiempo y la temperatura
Humedecimiento
Formación de uniones
Aglomeración
Compactaciónp
DeliquescenciaEste problema es omnipresente en las industrias alimentariaEste problema es omnipresente en las industrias alimentariay farmacéutica
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Isotermas de sorción de HumedadIsotermas de sorción de HumedadCada producto tiene su propia y ú i I d S ió d 25
Ingredient 1 Ingredient 2 Combined
única Isoterma de Sorción de Humedad – debido a las diferentes interacciones
15
20
25
nt (%
w.b
.)
diferentes interacciones (coligativas, capilaridad, …) entre el agua y los componentes 0
5
10
ure
Con
ten
g y psólidos a diferentes contenidos de humedad
00 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Moi
stu
Water Activity
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Transición VitreaTransición Vitrea20
d.b.)
10
15
Con
tent (% d
0
5
Moisture
Actividadde aguaCritica
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Water Activity
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
La aw como herramienta de controlw
Cumplir con leyes y normativas
Ensayos de Vida Útil
Formulación de ProductosFormulación de Productos
Inspección de Ingredientes
Control de Proceso
Control de Calidad
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Tecnología de BarrerasTecnología de BarrerasLa tecnología de barreras es hoydía la forma común dedía la forma común deconservación de los alimentos.
I t dif t ét d dIntegra diferentes métodos deconservación aplicados deforma combinada sobre elforma combinada sobre elalimento.
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Formulación de Producto (I+D+i)Formulación de Producto (I+D+i)Diseño y formulaciónde nuevos alimentos yde nuevos alimentos yproductos
Si se comienza con elSi se comienza con elconcepto de awentonces los nuevosentonces los nuevosproductos seránseguros, tendrán unamáxima vida útil y seránde la más alta calidad
Los datos de la aw se pueden ser usar para predecir riesgos ocambios potenciales en nuevos productos
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Incorporar la aw en el control de calidadIncorporar la aw en el control de calidadTodos los datos tienen el
i á da mismo estándar
En todos los nivelesaw I + D + I
R organizativos se emplea el mismo equipo
awREVISAR LA ENTRADADE MATERIA PRIMA
Todos los datos estánrelacionados directamentecon la seguridad del producto
aw EN CONTROL DEPROCESOS con la seguridad del producto
Las especificacionesl i d l id útil
aw PRODUCTOACABADO relacionadas con la vida útil
del producto puedencomprobarse 5 min antes de
ASEGURAR CALIDAD
ACABADO
aw comprobarse 5 min antes de comercializar el producto
Fluidez y actividad de agua en productos en polvo Webinar, 12 de junio de 2014
Puntos críticos de control, aw y pH Medidas preventivas
Puntos críticos de control, aw y pH
para controlar el desarrollo de Salmonella enteritica Salmonella enteritica, Staphylococcus aureusy Listeria y Listeria monocytogenesdurante la elaboración de productos cárnicos fermentados
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Ensayos de Vida útil i l
Tiempo de conservación de und h d l
Ensayos de Vida útil Aspecto sensorial (color, olor, textura)
producto hasta que se produce eldeterioro, caracterizado por unconjunto de cambios que lo hace Carga
Aspectos sanitariosconjunto de cambios que lo hace
inaceptable para el consumomicrobiológica
Conocer los mecanismos queConocer los mecanismos queproducen la pérdida de laaceptabilidad permite plantearaceptabilidad permite plantearestrategias para aumentar la vidaútil que no afecten a lascaracterísticas nutricionales ysensoriales del alimento
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
¿Cómo mejorar el envase? Ejemplo: un productor de leche en polvo quiere saber mássobre el material de envasado especialmente bajo
¿Cómo mejorar el envase?
sobre el material de envasado, especialmente bajocondiciones extremas
10
12
14
% w
b)
y = 2.59x + 2.89R2 = 0.976
8
10
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nt (%
0
2
4
Moi
stur
aw crítica = 0,430
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Water Activity
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
G a ia a i ti al webi aGracias por asistir al webinar
LabFerrerEspecialistas en actividad de agua (aw) & Isotermas de sorción
Email: info@lab-ferrer com
AquaLab ‐ DECAGON DEVICES Inc.
Email: info@lab ferrer.comWeb: www.lab-ferrer.com
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014