Fundamentos básicos sobre actividad de agua (aw). Principios y Aplicaciones
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Especialistas en actividad de agua (aw)
& Isotermas de sorción LabFerrersorción ab e e
Fundamentos básicos sobreFundamentos básicos sobre actividad de agua (aw).
Principios y aplicaciones
Gema RodrigoÁrea de actividad de agua
www.lab‐ferrer.com Webinar, 19 de junio de 2012
Definición y concepto de awy p wLa aw es la medida del estado de energía del agua en unsistemasistema
líquido agua vapor
t
líquido g vapor(humedad)
muestra
La a se mide equilibrando un producto con su fase de vapor yLa aw se mide equilibrando un producto con su fase de vapor ymidiendo la humedad relativa de esta fase de vapor
aw = p/po = %HRE/100HRE H d d l ti ilib i
Fundamentos básicos sobre aw
HRE = Humedad relativa en equilibrio
Webinar, 19 de junio de 2012
Definiendo aDefiniendo awConstantede Gases 8,314 J mol‐1 K‐1
TemperaturaPotencial Químico
RT l (f/f )
p
= o + RT ln (f/fo)
FugacidadPotencial Químicode la sustancia pura
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Sistema de Queso y GalletasSistema de Queso y Galletas
GALLETAS Inicial Final QUESO Inicial Final
Humedad (%) 4 20
Q
Humedad (%) 60 30
aw 0,30 0,75 aw 0,90 0,75
edadHum
edad
Hum
eTiempoTiempo pp
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¿Pregunta?La galleta y el queso se colocan juntos
¿Pregunta?
Galleta QuesoGalleta
20% Humedad
Queso
30% Humedad
¿Hacia dónde se mueve el agua?
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aw versus Contenido de Humedad
CONTENIDO DE HUMEDAD•Cantidad cuantitativa de agua en una muestra sobre una base“seca” o “húmeda”•Una propiedad extensiva que depende de la cantidadde material
ACTIVIDAD DE AGUA aw Medida cualitativa, mide estado del agua en un sistema Una cualidad interna que no depende de la cantidad de
i lmaterial
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Ventajas de la awVentajas de la awLa aw proporciona información detallada de:
• Desarrollo Microorganismos
• Migración de Humedad• Migración de Humedad
• Estabilidad Química
• Estabilidad Bioquímica
• Propiedades Físicasp
• Vida Útil
EL CONTENIDO DE AGUA, NO!Fundamentos básicos sobre aw
EL CONTENIDO DE AGUA, NO!Webinar, 19 de junio de 2012
Isoterma de Sorción de HumedadIsoterma de Sorción de HumedadIsoterma de Sorción Típica
Actividad de AguaActividad de Agua
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Factores que Controlan la aFactores que Controlan la awPropiedades Enlazantes del Agua
Efectos coligantes o interacciones en Solutos Efectos deEfectos coligantes o interacciones en Solutos, Efectos decapilaridad, Interacciones de superficie o efecto Matriz
La combinación de esos factores en los alimentos reduce laenergía del agua al compararla con agua pura
Ef d l TEfecto de la TemperaturaLa a depende de la Temperatura al influir en:La aw depende de la Temperatura, al influir en:
uniones del agua, disociación del agua, solubilidad de solutosen agua, estado de la matriz (cristalina o amorfa)
El efecto de la temperatura en la aw es específico de cadaproducto. “Muy General ~ 0,002aw/ºC”
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Efecto de la Temperatura IIEfecto de la Temperatura II
Contenido constante de agua
Aumento de la temperatura
Actividad de aguag
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¿Por qué es necesario medir la aw?¿Por qué es necesario medir la aw?ALIMENTOS POTENCIALMENTE PELIGROSOS aw 0,85
CLASIFICACIÓN FAO:CLASIFICACIÓN FAO:
ALIMENTOS ALTAMENTE PERECEDEROS aw > 0,9
ALIMENTOS DE HUMEDAD INTERMEDIA aw = 0,6‐0,9
ALIMENTOS AUTOESTABLES aw < 06
R l C EReglamento C.E. 2073/2005 Modificado por el Reglamento C.E.por el Reglamento C.E. 1441/2007 D.O.U.E. 7/12/200 y el FDA de EEUU
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Medida de la aMedida de la awComo medir la awMétodos de Medida de la aMétodos de Medida de la aw
‐ Higrómetros de cabello o polímero‐ Diferencia en punto de congelación‐ Equilibrio Isopiéstico
Higrómetros Eléctricos P t d R í (D P i t) Punto de Rocío (Dew Point)
Requerimientos para medir correctamenteRequerimientos para medir correctamente la aw
‐ Estándares de Calibración‐ Preparación de las muestras‐ Temperatura 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 cámara dehigroscópico que está en equilibrio con el aire de la cámara demedida.
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Punto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point)La muestra se equilibra en una cámarasellada que contiene un espejo sobre elque condensa el vapor de agua.En el equilibrio la HR del aire en laEn el equilibrio, la HR del aire en lacámara es igual que la aw de lamuestra.
Espejo
muestra. Ventilador
Sensor
Una célula fotoeléctrica y un termistordetectan el punto exacto en el que se
Sensor óptico
infrarrojodetectan el punto exacto en el que seproduce la condensación y latemperatura, respectivamente.
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Recomendaciones para medir la aw coni ió
AOAC (Association of Analytical Communities) 978.19precisiónISO 7218 (Microbiologyof foodandanimal feedingstuffs ‐General rules formicrobiologicalexaminations.InternationalOrganizationforStandardization)Norma ISO 21807:2004 (Microbiology of food and animal feeding stuffs ‐Norma ISO 21807:2004 (Microbiology of food and animal feeding stuffsDeterminationofwateractivity)European Pharmacopoeia 7.1 (2.9.39Water‐solidsInteractions)ISO 29621ISO 29621 (Cosmetics ‐Microbiology ‐Guidelines for the riskassessmentand identificationofmicrobiologicallylow‐riskproducts)
M B ÁMEDIDOR BIEN CALIBRADO – BUENAS PRÁCTICAS DE MANEJO• Calibración/verificación por el usuario fácil y rápida• Patrones o sales estándar de calibración• Limpieza y mantenimiento fácil
PREPARACIÓN DE LAS MUESTRASTEMPERATURA DE LAS MUESTRASTEMPERATURA DE LAS MUESTRAS
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PatronesPatrones Suspensiones de SALESSATURADAS
Soluciones de SALES NOSATURADASSATURADAS
Sal aw a 25CLiCl 0,113 0,003
SATURADASEcuación de Robinson y Stokes
( f M )LiCl 0,113 0,003MgCl 0,328 0,002K2CO3 0,432 0,004Mg(NO ) 0 529 0 002
aw = exp(‐nfcMw)n,número de partículas activas por molécula desoluto ( 2 para NaCl)Mg(NO3)2 0,529 0,002
NaCl 0,753 0,001KCl 0,843 0,003K SO 0 973 0 005
( p )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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Limpieza
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Verificación del medidor buenas prácticasVerificación del medidor, buenas prácticas
M di l P t ó d V ifi ióMedir el Patrón de Verificación
CorrectoIncorrectoIncorrecto(± 0,003
aw)
Ajustar la DesviaciónMedir otro patrón
IncorrectoCorrecto(± 0,003 aw)
Listo para Medir Limpiar
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Preparación de MuestrasPreparación de Muestras– Emplear muestras representativas– Prevenir el intercambio de humedad con el medio– Temperatura de la muestra dentro de un intervalo de 2ºC
l d l á d didrespecto a la temperatura de la cámara de medida– No es recomendable picar/triturar las muestras, se puede
producir un aumento de temperaturaproducir un aumento de temperatura
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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 angel 0,814
Hojaldre con sésamo 0,338
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EmbutidosEmbutidos curados
aw
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 en lonchas Cortado 0,907
Longaniza de Vic Cortado 0,904
Jamón Serrano en lonchas Cortado 0,907
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Calidad y Seguridad en Productos Crecimiento
Calidad y Seguridad en Productos
Microorganismos
Estabilidad Química y Bioquímicaq
Propiedades Físicasp
Isotermas de sorción de humedad
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Seguridad AlimentariagSólo 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 PARA EL CONTROL MICROBIOLÓGICO
– http://www.aesan.msc.es/AESAN/web/cadena alimentaria/sp // / / / _ /ubdetalle/criterios_microbiologicos_vida_util.shtml
– CFR ‐ Code of Federal Regulations Title 21, (approval as foodadditives (21 CFR 570, 571 and 573). Colorings must have approvals for thatuse as specified in 21 CFR 70 and be listed in Parts 73, 74, or 81)
– Reglamento (CE) no 882/2004 y 669/2009Reglamento (CE) n 882/2004 y 669/2009– APCC – análisis de puntos críticos de control
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Valores de aw limite para microorganismosa o es de aw te pa a c oo ga s os
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Desarrollo de microorganismosDesarrollo de microorganismos
Efectos de distintosvalores de aw sobre lascurvas de crecimiento decurvas de crecimiento deStaphylococcus aureus
Adapted from Troller, J. A. (1987). Adaptation and growth of microorganisms in environments with reducedwater activity. In: Water activity: Theory and applications to food Rockland, L. B. and Beuchat, L. R. eds. MarcelDekker, Inc.New York p.101‐117.
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Estabilidad Química y BioquímicaEstabilidad Química y Bioquímica
Oscurecimiento No Enzimático Oscurecimiento No Enzimático Oxidación Lipídica 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 dedeterioro de alimentos Produce:deterioro de alimentos. Produce:
Olores y sabores desagradablesDisminución de la calidadDisminución de la calidadnutricionalAlgunos productos song ppotencialmente tóxicos
Todas las etapas de esta reacciónse ven afectados por la aw y laTemperatura
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Degradación de NutrientesDegradación de NutrientesLa degradación de las vitaminas aumenta alaumentar la awwEjemplo: disminución de la cantidad deVitamina C con el paso del tiempo
Degradación del ácidoAscórbico a distintosl dvalores de aw y a
35°CLabuza, T. P. 1974. Storage stability and improvement ofintermediate moisture foods. NAS Contract 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 dea aw uye e a e oc dad delas reacciones.El agua puede actuar como:SolventeReactivoCambia la movilidad de los reactantes (viscosidad)
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Actividad EnzimáticaActividad 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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a versus Propiedades Físicasaw versus Propiedades Físicas Textura TexturaMigración de humedad Apelmazamiento y aglomeración
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TexturaTexturaProductos Duros o Crujientes• Valores de a bajos• Valores de aw bajos• Se quiebran cuando se les aplicafuerza, son crujientes, j
• Se ablandan cuando se someten aaw elevadas
Productos Suaves o Blandos‐ aw de intermedio a altow‐ Se doblan cuando se les aplicapresión
‐ Son húmedos, jugosos y suaves‐ Se endurecen cuando se sometena a bajas
Fundamentos básicos sobre aw
a awbajas
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Migración de HumedadMigración de HumedadLa migración de humedad lleva a:• cambios en la textura• crecimiento microorganismos• reacciones de degradación• reacciones de degradación• cambios organolépticos
j l d i l iEjemplos de sistemas Multi‐componenteQueso/galletas, cereales con frutas, masas horneadas – rellenos, masa para pizza , p pcongelada – salsas, helados con barquillo, sandwiches, bocadillos …
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ApelmazamientoApelmazamientoEl apelmazamiento es un proceso que depende de la aw, eltiempo y la temperaturaEtapas de un proceso de apelmazamiento:
H d i i t
tiempo y la temperatura
Humedecimiento
Formación de uniones
Aglomeración
CompactaciónCompactación
DeliquescenciaEste 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 25
Ingredient 1 Ingredient 2 Combinedp p py única Isoterma de Sorciónde Humedad – debido a las 15
20
25
nt (%
w.b
.)
diferentes interacciones (coligativas, capilaridad, …) entre el agua y los 0
5
10
ure
Con
ten
entre el agua y los componentes sólidos a diferentes contenidos de
00 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Moi
stu
Water Activity
diferentes contenidos de humedad
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Tipos de Isotermas de SorciónTipo I, Azúcares cristalinos
Tipos de Isotermas de Sorción
Tipo II, Mayoría de Alimentos
Tipo III, AntiaglomerantesTipo III, Antiaglomerantes
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ContenidoContenidoI. Definición de awII. Medida de la awIII Aplicaciones de la aIII. Aplicaciones de la aw
• Calidad y Seguridad en Productos
• Control de la a• Control de la aw
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AditivosHUMECTANTES:
sal azúcares glicoles
Aditivos
sal, azúcares, glicoles,aminoácidos, polímeros, ácidos(cítrico y láctico), nitratos y( y ), ynitritos, polifosfatos odifosfatos sódico
AGENTES ANTI‐AGLOMERANTES
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Tecnología de BarrerasTecnología de BarrerasLa tecnología de barreras eshoy día la forma común dehoy día la forma común deconservación de los alimentos.Integra diferentes métodos deIntegra diferentes métodos deconservación aplicados deforma combinada sobre elalimento.
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La a como herramienta de controlLa aw como herramienta de control
Cumplir con leyes y normativas Cumplir con leyes y normativas
Ensayos de Vida Útil
Formulación de Productos
Inspección de Ingredientes Inspección de Ingredientes
Control de Proceso
Control de Calidad
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Normas para elaborar tablas de decisiónNormas para elaborar tablas de decisión
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Ensayos de Vida útil Aspecto sensorial ( l l )
Tiempo de conservación de un
Ensayos de Vida útil (color, olor, textura)
producto hasta que se produce eldeterioro, caracterizado por un
j t d bi l h
Carga microbiológica
Aspectos sanitarios
conjunto de cambios que lo haceinaceptable para el consumoConocer los mecanismos queConocer los mecanismos queproducen la pérdida de laaceptabilidad permite plantearaceptabilidad permite plantearestrategias para aumentar la vida útilque no afecten a las característicasque no afecten a las característicasnutricionales y sensoriales delalimento
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Formulación de Producto (I+D+i)Formulación de Producto (I+D+i)Diseño y formulación de nuevos alimentos y productos
Si se comienza con el concepto de aw entonces los nuevosproductos serán seguros, tendrán una máxima vida útil yserán de la más alta calidadLos datos de la aw sepueden ser usar parapredecir riesgos o cambios
t i lpotenciales en nuevosproductos
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Inspección de IngredientesInspección de Ingredientes
Especificar los niveles de a aEspecificar los niveles de aw alos proveedores deingredientes para asegurar uningredientes para asegurar unproducto consistente
Al cambiar la aw de unproducto, pueden aparecerproblemas tanto en elproceso como en sulalmacenamiento
Fundamentos básicos sobre aw Madrid, 15 de junio de 2012
La a en el Control de ProcesoLa aw en el Control de ProcesoMedir la aw confirma la vida útil,calidad y seguridad de losproductos durante el proceso
d iproductivo
Permite evaluar y controlar loslotes. Homogeneidad
Calcular las mermas
Balance de producción,importancia económicaimportancia económica
Aporta información para inspecciones o quejas de clientes
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 19 de junio de 2012
Control de CalidadControl de Calidad• Cumplir con las normas deprod cto e portaciónproducto, exportación
• Estabilidad del producto, evitar el deterioro (microorganismos), oxidación de lípidos( i i t )(enranciamiento) ...
• Expresar la composición
Fundamentos básicos sobre aw Madrid, 15 de junio de 2012
Puntos críticos de control a y pHMedidas preventivas
Puntos críticos de control, aw y pH
para controlar el desarrollo de Salmonella enteriticaenteritica, Staphylococcus aureus i Listeria monocytogenesListeria monocytogenesdurante la elaboración de productos cárnicos fermentados
Fundamentos básicos sobre aw Madrid, 15 de junio de 2012
Gracias por asistir al Seminario de aGracias por asistir al Seminario de aw
LabFerrerE i li t ti id d d ( ) & I t d ióEspecialistas en actividad de agua (aw) & Isotermas de sorciónAquaLab ‐ DECAGON DEVICES Inc.
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