Actividad de-agua-alimentos

Aw alimentos

1. ACTIVIDAD DE AGUA EN LOS
ALIMENTOS
Dr.C. Aldo Hernández
Instituto de Farmacia y Alimentos
Universidad de La Habana

2. • Es un componente importante de los
alimentos.
• Contribuye a la estructura y textura y su
interacción con otros componentes determina
la estabilidad relativa durante el
almacenamiento.
•
Es un factor importante en el deterioro de
alimentos por el papel que desempeña en
diferentes reacciones químicas y enzimáticas
así como en el desarrollo microbiano.
El agua

3. Durante muchos años se pensó que el
mecanismo de conservación de los alimentos
era la reducción del contenido de humedad, la
deshidratación de alimentos es una de las
formas más antiguas de conservación.
Sin embargo, no es la cantidad de agua lo
verdaderamente importante, sino la
disponibilidad que ésta muestre para que
ocurran las reacciones de deterioro.
El agua y la conservación de los
alimentos

4. • El aceite de maní se deteriora lentamente
con un contenido de humedad de 0,6 %.
• El azúcar refino cristalina es inestable con un
2 % de humedad.
• El almidón de papa es estable hasta con un
20 % de humedad.
• Lo más importante no es el contenido de
agua si no la disponibilidad que ésta muestre
para que ocurran las reacciones de deterioro.
La estabilidad de alimentos y la humedad

5. • A esta disponibilidad se le denomina
actividad de agua (a
w
).
• Conocer esta propiedad es de gran utilidad
en alimentos ya que se relaciona con
aspectos como: ganancia o pérdida de
humedad, crecimiento de microorganismos,
cinética de reacciones deteriorativas de los
nutrientes, cambios en sabor, aroma, textura,
estabilidad y conservación en general.
La actividad de agua

6. Concepto de actividad de agua (a
w
)
Se parte del concepto termodinámico de Energía
libre de Gibbs:
G = H – TS = E + PV – TS
dG = dH – TdS = VdP – SdT
En sistema de varios componentes, las especies
químicas pueden ser ganadas o pérdidas, la energía
libre (G) está en función no solo de la temperatura
(T) y la presión (P), si no del número de moles del
componente (i)(n
i
)
dG = VdP – SdT + Σ
i
n
[dG/dn
i
]
T,P,n
dn
i

7. Concepto de actividad de agua (a
w
)
En la anterior ecuación se incluye el término
potencial químico del componente (µ
i
) o energía libre
parcial molar.
De igual modo para una mezcla binaria como puede
ser un alimento:
µ
vapor
= µ
alimento

µ
w
+ RTln f
w
= µº
w
+

RTln a
w
Por lo tanto, la actividad de agua (a
w
) representa el
potencial químico relativo al agua en el alimento y
constituye el control básico en la conservación de
alimentos.

8. Concepto de actividad de agua (a
w
)
Desde el punto de vista termodinámico a
w

quedaría:
a
w
= e
[µ
w - µº
w/RT]
Cuanto más pequeño sea el potencial químico en
un alimento, más pequeña será la fuerza
impulsora para las reacciones químicas del agua.
Esta ecuación no se utiliza, esta propiedad se
expresa en función de la presión de vapor de
agua del alimento (p
w
) y la del agua pura (pº
w
) o
en función de las humedades relativas.

9. Concepto de actividad de agua (a
w
)
a
w
=p
w
/pº
w

a
w
= %(HR)/100 = % (HRE)/100
HR- Humedad relativa
HRE- Humedad relativa de equilibrio a la cual el alimento no
gana ni pierde humedad con la atmósfera.
1.Se refiere a un estado de equilibrio verdadero
2.Está definida a una temperatura específica y presión total
3.El estado de referencia debe ser claramente especificado

10. • Presión Parcial (P
vf
)
La presión ejercida por las
moléculas de una sustancia en una
mezcla gaseosa.
• Presión de Vapor (P
º
w
)
La presión ejercida por el vapor de
agua cuando el líquido y el vapor
están en su equilibrio
Presión parcial y presión de vapor

11. N
2
+ O
2
+H
2
O
P
T
= P
O
+ P
N
+P
H
A presión ambiente de 14,7 psi
y 50 % HR
p
N
= 11,195 psi
p
O
= 2,975 psi
p
W
= 0,53 psi
p
o
= 1,06 psi T ~ 104
o
F

12. Isoterma de adsorción y desorción de
agua
I II III

13. Velocidad relativa de las reacciones degradativas en función
de la actividad del agua (Labusa, 1970).
 

14. Actividad de agua y las reacciones deteriorativas
Intervalo de
actividad de agua
Tipo de reacción
deteriorativa predominante
Tipo posible de reacción
deteriorativa
1 – 0,80 Crecimiento de
microorganismos
Reacciones enzimáticas
1 – 0,91 Bacterias
1 – 0,88 Levaduras
1 – 0,80 Mohos
0,80 – 0,65 Reacciones enzimáticas
(descomposición de grasas
y oscurecimiento)
Oscurecimiento no enzimático
0,80 – 0,70 Crecimiento de
microorganismos (bacterias
halófilicas
0,80 – 0,65 Moho xerofílicos
0,65 – 0,3 Oscurecimiento no
enzimático (Maillard)
Reacciones enzimáticas, auto
oxidación
0,3 – 0,0 Autooxidación, cambios
físicos
Reacciones de decoloración no
enzimática, reacciones enzimá-
ticas

15.      
Leche 0,994 87
Carne fresca 0,985 70
Pan 0,96 40
Queso Gouda 0,94 40
Salchicha 0,89 42
Mermelada 0,86 35
Leche concentrada azucarada0,83 28
Harina de trigo 0,72 14,5
Raisins 0,60 27
Macarrones 0,45 10
Caramelo duro 0,30 3
Bizcochos 0,20 5
Leche descremada en polvo 0,11 3,5
Producto a
w
Humedad
(%)
Papas fritas crujientes 0,08 1.5

16. •Alimentos deshidratados
•Alimentos concentrados
•Alimentos de humedad intermedia
(0,65 < a
w
< 0,95)
•Alimentos de alta humedad (conservados
por métodos combinados) (a
w
> 0,95)
Clasificación de los alimentos en
base al valor de la a
w

17. Limites máximos de a
w
en alimentos
Organismos internacionales como FDA
(E.U.A), comité de expertos de la FAO y
OMS, la dirección sanitaria de CCE (directiva
77/79 de 21/12/76) recomendaron el
establecimiento legal de los límites máximos
limite para el valor de a
w
Los esfuerzos en esta línea requieren el
establecimiento de métodos seguros y
precisos para la determinación o el cálculo
de la actividad de agua en los alimentos

18. Métodos para la determinación de la
actividad de agua
•Existe una gran variedad de métodos, la
selección dependerá de los costos,
intervalos de a
w, exactitud, rapidez del
método, calibración y mantenimiento de
cada equipo.
•Se clasifican atendiendo al principio que
utilicen para la medición.

19. Clasificación de los métodos de
medición a
w
•Métodos isopiéticos (a presión constante)
•Métodos de intervalo
•Método de interpolación gráfica
•Método dinámico de interpolación
•Métodos basados en las propiedades coligativas
del agua
•Métodos psicrométricos
•Métodos higrométricos
•Isotermas de sorción
•Métodos gravimétricos
•Métodos manaométricos/higrométricos

20. Métodos isopiéticos (a presión constante)
Se basan en el equilibrio que alcanza el alimento con algún material de
referencia en un sistema cerrado, puede requerir varios días o semanas
Muestras
Recipiente
cerrado
Solución
salina
saturada
Procedimiento:
• Preparación de la muestra, bien
dividida
• Colocar cantidad de muestra
conocida en pesafiltros
• Los pesafiltros se pesan
periódicamente hasta que no haya
variación entre pesadas (equilibrio).
• Los datos promedios de al menos
tres determinaciones se informan
como a
w
T constante

21. Actividades acuosas de las soluciones salinas
usadas en la determinación a
w
Sal Temperatura ºC
5 10 20 25 30 40 50
Cloruro de litio0,1130,1130,1130,1130,1130,1120,111
Acetato de potasio- 0,2340,2310,2250,2340,216-
Cloruro de magnesio0,3360,3350,3310,3280,3240,3160,305
Carbonato de potasio0,4310,4310,4320,4320,432- -
Nitrato de magnesio0,5890,5740,5440,5290,5140,4840,454
Yoduro de potasio0,7330,7210,6890,6890,6790,6610,645
Cloruro de sodio0,7570,7570,7550,7530,7510,7470,744
Sulfato de amonio0,8240,8210,8130,8100,8060,7990,792
Cloruro de potasio0,8770,8680,8510,8430,8360,8230,812
Nitrato de potasio0,9630,9600,9460,9360,9230,8910,848
Sulfato de potasio0,9850,9820,9760,9730,9700,9640,958

22. Método de intervalos
• Se cortan tiras de papel 0,5 x 2,5 cm. Colocar cinta
adhesiva
• Dos tiras se humedecen con la sol. correspondiente y se
coloca en las tapas de la caja Petri.
• Secar las tiras a temperatura ambiente o en estufa.
• El alimento se coloca en la caja Petri, se cierra y se
sellan. El alimento y tiras no deben hacer contacto.
• Después de 24 horas se determina que tiras están
húmedas.
• En función de las sales Y temperatura se da
aproximadamente la a
w
( intervalo)
• Ejemplo: 0,25 < aw < 084

23. Método de interpolación gráfica
La ganancia o pérdida de agua de la muestra se representa
gráficamente, el punto donde no hay ganancia corresponde
a HRE
• Se utilizan celdas de equilibrio con la sol. saturada donde
se coloca la muestra ( no contacto entre muestra y solución)
• Registrar el peso de recipiente y muestra y recipiente.
• Colocar las celdas con las muestras en una incubadora a
temperatura constante.
• Se pesan las muestras cada dos horas durante seis horas.
• Se construye el gráfico de ganancia o pérdida de agua
( peso Vs a
w
de soluciones salinas), se traza una línea que
una todos los puntos y se determina a
w

24. Métodos psicrométricos
Estos métodos basan su principio de operación en la mezcla
agua- aire entre ellos se encuentran:
• El de punto de rocío, en el que la formación de rocío es
detectada fotoeléctricamente u óptimamente dependiendo del
tipo de equipo. Como ventaja que la medición se puede hacer
a cualquier temperatura.
• Termopar psicrométrico, se fundamente en la disminución
de la temperatura de bulbo húmedo. El enfriamiento
ocasionado a la muestra hace que el agua se condense
sobre el termopar, la velocidad de evaporación de dicha agua
está en función de la actividad de agua o equilibrio creado.

25. Medidor de actividad de agua
Especificaciones: Rango: 0,000 a 1,000 A
w
(0 a 100 % de humedad
relativa), de 5 a 50 ° C, Ambiente de operación: 0 a 99 % HR, de -10 °C a
60 °C. Resolución de la actividad de agua: 0,001 A
w (0,1% HR) Resolución
de temperatura: 0,1 º F / °c Precisión actividad del Agua: ± 0,001 A
w
de
Precisión de Temperatura : ± 0,1 ° F / C
Rotronic

26. Higrómetro
El equipo debe ser calibrado utilizando sales sobresaturadas con a
w

conocida.

27. Resumen
sobre los
métodos
para
determinar la
a
w
Método Aw recomendadaPrecisiónUso en alimentos Otras
características
Isopiéstico 0,80 – 0,99 0,005 Cualquier alimentoBarato, sencillo,
recomendado
para análisis de
rutina
Aproximación al equilibrio0,40 - 0,98 0,001 Azúcares, materiales
higroscópicos, jaleas,
queso
Barato, rápido,
sencillo, útil para
análisis de rutina
Interpolación gráfica Carnes, queso Barato, sencillo y
rápido.
Presión de vapor 0,55 – 1,00 0,01 Alimentos sin
actividad respiratoria,
piezas de res, cereales,
pasas.
Muestras
grandes, (10 a 50
g), lento, método
estándar
Termopar psicrométrico Cualquier alimentoRequiere una
velocidad
mínima de aire,
tiene problemas
de condensación
y transferencia
Punto de rocío 0,75 – 0,990,003 Cualquier alimentoCostoso,
rápido

28. Modelos predictivos de la actividad de agua
en alimentos
Existe mucha información sobre la estimación de la
actividad de agua y se han obtenido diversas ecuaciones
con respaldo teórico o experimental y su desarrollo se ha
visto favorecido por el desarrollo de la computación.
Al aplicar algún modelo debe considerarse:
• Identificar todas las características del alimento, intervalo
de aw, composición componentes mayoritarios.
• Seleccionar aquellas ecuaciones que se recomiendan o
han sido aplicadas para el alimento en particular.
• Determinar las ventajas del ajuste para cada uno de los
modelos aplicados

29. Ley de Raoult
Este es el modelo más simple para predecir a
w
de
soluciones ideales que contienen soluto de bajo
peso molecular.
a
w
= X
w
= n
w
/(n
w
+ n
s
)
X
w
_Fracción molar de agua
n
w
_Moles existentes de agua en 100 g de
alimento.
n
s
_Moles existentes de soluto en 100 g de
alimento.

30. Modelo Money y Born
Este modelo fue propuesto a partir de la ecuación
de Raoult para ser utilizada en la predicción de la
a
w
de productos de confitería.
A
w
= 1 – 0,27 n
n _ Representa el número de moles de azúcar en
100 g de agua.

31. Modelo de Grover (1947)
a
w
= 104 - 10E
s
+ 0,45E
s

E
s
= E
1
X
1
+ E
2
X
2
+ …E
n
X
n
Componentes Valores de E
Gomas, almidones y pectinas 0,8
Sucrosa y lactosa 1,0
Azúcar invertido, gelatina y caseína1,3
Ácido cítrico y sus sales 2,5
Glicerol 4
Cloruro de sodio 9
E_ Constante para algunos componentes
comunes.
X_ Concentración del componente (g/g)
Ecuación empírica para calcular a
w
en dulces y materiales análogos.

32. Ecuación de Norrish (1966)
Para calcular a
w
para componentes múltiples
lna
w
= lnX
w
+ KlnX
2
lna
w
= lnX
w
+ [(- K
1
0,5
X
1
) + (K
2
0,5
X
2
) + ….]
2
X_ Fracciones molares de los solutos; K_ Coeficiente binario
Soluto Valores de K
Sacarosa - 6,47
Glucosa - 2,25
Fructosa - 2,25
Sorbitol - 1,65
Azúcar invertido - 2,25
Glicerol - 1,16
(Chirife y col.,1980) (Chirife y Favetto, 1992)

33. Ecuación de Ross (1975)
Esta ecuación es muy útil para alimentos de humedad
intermedia
a
w
= (a
w
)
1
(a
w
)
2
(a
w
)
3
….
a
w
_Actividad de agua de los diferentes
componentes que constituyen el alimento

34. Aplicación de modelos predictivos de a
w

en algunos alimentos dulces
Producto ExperimentalGroverMoney BornNorrishFerro-
Fontán
Jalea de uva 0,824 0,819 0,787 0,837 0,800
Mermelada de
fresa
0,840 0,916 0,792 0,841 0,832
Mermelada de
fresa B
0,839 0,809 0,787 0,837 0,793
Mermelada de
fresa C
0,826 0,775 0,766 0,815 0,757
Mermelada de
mango
0,879 0,861 0,842 0,883 0,858

35. Aplicación de modelos predictivos de a
w
en algunos alimentos salados
Producto ExperimentalGrover Ross Bromley
Chorizo 0,903 0,839 0,939 0,939
Jamón serrano 0,853 0,812 0,913 0,913
Longaniza 0,669 0,714 0,875 0,889
Mole colorado 0,946 0,966 0,971 0,981
Mole poblano 0,848 0,775 0,876 0,949
Queso cotija 0,876 0,817 0,908 0,908
Salmuera 0,976 0,997 0,974 0,974
Salsa de tomate 0,945 0,967 0,954 0,984

36. Ejemplo de la predicción de actividad de agua
Jarabe de sacarosa con 26, 5 % en peso de dicha azúcar.
a
w
experimental = 0,98
Base de cálculo 100 g para la composición molar
n
H2O
= 73,15/18 = 4,083
n
sacarosa
= 26,5/342 =0,078
n
totales
= 4,083 + 0,078 = 4,161
X
w
= 4,083/4,161 = 0,981; X
sacarosa
= 0,078/4,161 = 0,019
Cálculo de a
w
a)Por la ley de Raoult: a
w
= X
w
= 0,981
b)Usando la ecuación de Norrish con valor de K = - 6,47
lna
w
= ln(0,981) + (- 647(0,019)
2
= - 0,0213356
a
w
= 0,979

37. Bibliografía
• Aguilera, J. Temas de tecnología de los alimentos. Vol1. CYTED. Instituto
Politécnico Nacional. México.1997
• Alvarado, J y Aguilera, J. Métodos para medir propiedades físicas en industrias
de alimentos. Editorial Acribía. 2001.
• Barbosa-Cánovas G.;. Juliano P. and Peleg M. Engineering properties of foods.
Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS).s/f