Actividad DE AGUA EN LOS ALIMENTOS PDF

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ACTIVIDAD DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS...

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INTRODUCCIÓN La actividad de agua (aw) es un factor muy importante para la conservación de alimentos. Por miles de años, los seres humanos han secado frutas, vegetales y carnes como un método de preservación. Se sabía también que la adición de azúcares ayudaba a conservar los alimentos y también se preservaba carne mediante el salado. Hasta aproximadamente 1940, los microbiólogos pensabas que el porcentaje de agua en un alimento era quien controlaba el crecimiento de los microorganismos. Más tarde se identificó que el factor que influye en el crecimiento era la actividad (o disponibilidad) del agua, que se simboliza con aw. Cuando las sustancias se disuelven, ocurre una reacción entre éstas y el agua. Parte de las moléculas de agua son capturas por las moléculas de la sustancia disuelta. Todas las sustancias disueltas en agua disminuyen el número de moléculas de agua libres y de esta manera se disminuye la cantidad de agua disponible para el crecimiento microbiano. 1 Palabras Claves: Actividad del agua, estabilidad de los alimentos, agua libre, agua ligada.

OBJETIVOS 1. Identificar como se encuentra el agua presente en los productos alimenticios y conocer como esta puede influir en los mismos. 2. Conocer como la actividad del agua interviene en la estabilidad de los alimentos, puesto que es una materia prima necesaria para llevar a acabo reacciones químicas y bioquímicas. 3. Reconocer las aplicaciones que tiene la actividad del agua principalmente en la industria alimentaria para obtener productos mejorados y de buena calidad.

ACTIVIDAD DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS, ACTIVIDAD DEL AGUA Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS TEORÍA ANTECEDENTES Para disponer de un criterio valorativo de la disponibilidad del conjunto de moléculas de agua contenidas en un alimento se ha introducido un nuevo concepto, que ha resultado muy eficaz en el campo de la tecnología de alimentos. A raíz de una observación realizada por el microbiologo Scott en 1953, que relacionió el desarrollo microbiano en las carnes con la humedad relativa de las cámaras donde se almacenaban, se estableció el concepto de actividad de agua (a w). El concepto de actividad del agua ha recibido mucha atención entre los tecnólogos de alimentos desde hace más de dos décadas, fundamentalmente por la influencia de este parámetro en la estabilidad y calidad del alimento. Se han llevado a cabo numerosos estudios sobre diferentes aspectos relativos a la actividad del agua, incluyendo metodologías de predicción y medida, efectos sobre la calidad y estabilidad de los alimentos e isotermas de sorción. En los últimos diez años, se han publicado varios libros sobre este tema. La actividad del agua en alimentos destacó tras su incorporación en las regulaciones de las buenas prácticas de fabricación (BPF) por la FDA (1979) para productos enlatados. En el registro federal se estableció la seguridad de determinados alimentos en términos de su aw:”una aw será considerada segura para un alimento si se proporcionan los datos adecuados que demuestren que el alimento a esa a w o por debajo de ella no permite el crecimiento de microorganismos”. Dada su importancia se han propuesto procedimientos estándar para la medida de a w por parte de la Association of Official Analytical Chemists Official Methods for Analysis (AOAC, 1984). DEFINICIONES El agua en los alimentos puede encontrarse en forma libre o disponible y en forma de agua ligada o no disponible. La medida de la cantidad de agua disponible en un alimento para intervenir en posibles reacciones químicas, bioquímicas o microbiológicas, corresponde a la actividad de agua, la cual se relaciona con el contenido de humedad (cantidad cuantitativa de agua en una muestra; propiedad extensiva que depende de la cantidad de material) mediante curvas o isotermas de adsorción (representa la cinética con la que el alimento adsorbe humedad y se hidrata) y desorción (equivale al proceso de deshidratación y refleja la forma como pierde agua); la obtención de las curvas isotermas de sorción han resuelto una manera muy útil de enfocar el estudio de la hidratación de los alimentos sólidos. Una isoterma de sorción es una curva que describe, para una temperatura dada, la relación de equilibrio entre la cantidad de agua absorbida por los componentes del alimento y la presión de vapor. La actividad de agua (a w) se ha definido como el cociente entre la presion parcial de vapor de agua contenida en el alimento (Pa) y la presión parcial de vapor del agua pura (Po) a una temperatura determinada. Puede observarse cómo este parámetro viene dado por una relación entre dos magnitudes semejantes y por tanto está representada por un

número sin dimensiones. Por consiguiente, esta medida solo tendrá sentido práctico cuando se le relacione con una situación patrón, que en este caso es el agua pura, cuya presión de vapor se fija por conveniencia en la unidad. Por lo tanto, la actividad presentada por el agua contenidad en un alimento siempre será igual, o inferior a uno 6, cuanto menor sea este valor, mejor se conservará el producto. La actividad de agua está relacionada también con la textura de los alimentos; a una mayor actividad la textura es mucho más jugosa y tierna, sin embargo, el producto se altera de forma más fácil y se debe tener más cuidado; a medida que la actividad de agua disminuye, la textura se endurece y el producto se seca más rápido, por el contrario, los alimentos cuya actividad de agua es baja por naturaleza son más crujientes y se fragmentan con facilidad; en ambos casos, el parámetro de la actividad de agua del alimento es un factor determinante para la seguridad del mismo y permite determinar su capacidad de conservación junto con la capacidad de propagación de los microorganismos.

1. ACTIVIDAD DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS 1.1Actividad de agua La actividad de agua (a w) es una de las herramientas más importantes en la predicción de la estabilidad de los alimentos. La velocidad de muchos cambios deteriorativos se ha relacionado con este parámetro, ya que determina el agua que en un determinado momento se encuentra disponible para el crecimiento microbiano y el progreso de diferentes reacciones químicas y bioquímicas. La actividad de agua se define como la relación entre la presión de vapor de agua de un producto y la presión de vapor del agua pura, a la misma temperatura, por tanto, la actividad de agua se usa para caracterizar el estado de equilibrio del agua en una matriz alimenticia que iguala la presión de vapor relativa de equilibrio (PVR) del agua en la atmósfera circundante. Para alcanzar el equilibrio, habrá una transferencia de masa de agua del alimento al entorno o viceversa hasta llegar a dicho equilibrio, donde los valores de aw deben ser iguales en ambas fases a temperatura y presión constante (Roos, 1995). Mientras más alta sea la aw y más se acerque a 1.0, que es la del agua pura, mayor será su inestabilidad. Por el contrario, los alimentos estables a temperatura ambiente (excepto los tratados térmicamente y comercialmente estériles, como los enlatados), tienen a w baja. Se ha demostrado que la a w es un factor clave para el crecimiento microbiano, producción de toxinas y resistencia al calor de los microorganismos. En general, el límite inferior de actividad de agua para el crecimiento microbiano es 0.90 de la mayoría de las bacterias, 0.87 para la mayoría de las levaduras y 0.80 para la mayoría de los hongos. Es posible que un alimento tenga dos componentes, uno con 15% y otro con 25% de humedad y la transferencia se haga del menor al mayor debido a sus distintas a w, y no con base en sus humedades (Badui, 2006). Tipos de alimento en función del contenido de agua: Los alimentos no son homogéneos ni están constituidos por una única fase, ya que tienen varias fases no miscibles y cada fase tiene una determinada composición. Dependiendo de su contenido de agua se clasifican en “alimentos húmedos”, “alimentos de humedad intermedia” y “alimentos secos”. Los alimentos húmedos y de humedad intermedia son considerados como disoluciones debido a la gran cantidad de agua que presentan (superior al 25%), pues en ellos la fase liquida o acuosa, constituida por el agua y los solutos disueltos en ella, es mayor que la fase sólida, formada por los sólidos insolubles o inertes. Los alimentos de humedad intermedia tienen una actividad de agua de 0.65 a 0.86 y los alimentos húmedos una aw superior a 0.86. En ellos sólo se consideran las interacciones agua-solutos, despreciando las interacciones agua-sustrato insoluble. En los alimentos secos o de baja humedad el fenómeno de interacción más importante es la adsorción agua- sustrato, ya que en este caso la fase sólida es mayor que la fase líquida, siendo la humedad de estos productos inferior al 25%. Los alimentos secos están Inicialmente cubiertos en su superficie interna (poros) y externa (superficie de las partículas) por una monocapa de moléculas de agua, que a cierta humedad constituye un límite de hidratación a partir del cual las interacciones agua- sustrato se pueden modificar, lo cual no es deseable, ya que a medida que decrece

la interacción agua-sustrato aumenta la a w. Si al producto se le van incorporando moléculas de agua, éstas van quedando retenidas a la fase sólida mediante fuerzas de van der Waals y puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua, formando multicapas en la superficie interna y externa del material. Cuando comienza a coexistir con este fenómeno la penetración de las moléculas hacia el interior de la matriz sólida y se da la correspondiente movilización de solutos, comienza la solubilización de los materiales solubles del alimento hasta que existe agua suficiente y se forma la fase acuosa (Martínez et al., 2000). Depresión de la actividad de agua: La depresión de la actividad de agua se puede alcanzar mediante la remoción de agua del alimento o la adición de solutos. Deshidratación de alimentos: La reducción de la cantidad de agua en procesos de deshidratación da lugar a alimentos de humedad intermedia o baja, ya que el agua del alimento es eliminada en mayor o menor grado. Esta disminución de agua con frecuencia incrementa la vida de anaquel del producto debido a la reducción del agua disponible para el crecimiento microbiano y para participar en reacciones deteriorativas. El proceso de secado convencional, sin embargo, no sólo rebaja el contenido de agua de los alimentos, sino que puede afectar otras características físicas y químicas de los mismos, como son la destrucción de nutrientes, pérdida de la textura, sabor y aroma del alimento. Por el contrario, la liofilización es un método de conservación de los alimentos que no altera la estructura fisicoquímica del material original crudo, de hecho, el aspecto, textura, sabor y aroma del alimento no se pierden, sino que se intensifican. La porosidad de los productos liofilizados, además, permite una rehidratación mucho más completa y rápida que la de alimentos secados con aire. 1.2 Actividad del agua en los alimentos Las propiedades coligativas, reológicas y de textura de un alimento dependen de su contenido de agua, aun cuando éste también influye definitivamente en las reacciones físicas, químicas, enzimáticas y microbiológicas que se describen en otros capítulos de este texto. Como ya se indicó, y sólo para efectos de simplificación, el agua se dividió en “libre” y en “ligada”; la primera sería la única disponible para el crecimiento de los microorganismos y para intervenir en las otras transformaciones, ya que la segunda está unida a la superficie sólida y no actúa por estar “no disponible o inmóvil”. Es decir, bajo este sencillo esquema, sólo una fracción del agua, llamada actividad del agua, aa, es capaz de propiciar estos cambios y es aquella que tiene movilidad o disponibilidad. Es con base en este valor empírico que se puede predecir la estabilidad y la vida útil de un producto, y no con su contenido de agua; refleja el grado de interacción con los demás constituyentes, además de que se relaciona con la formulación, el control de los procesos de deshidratación y de rehidratación, la migración de la humedad en el almacenamiento y muchos otros factores. Si se considera una solución ideal, de las que no existen muchas en alimentos, con solutos en muy reducida concentración, este término puede expresarse de la siguiente manera: Formula Actividad del Agua (aa o Aw)

Donde: Fugacidad del disolvente de la solución Fugacidad del disolvente puro HR= humedad relativa P= presión de vapor del agua del alimento Po= presión de vapor del agua pura Ms= moles de soluto (g/pm) Ma= moles de agua (g/18) P/Po= presión de vapor relativa Termodinámicamente, la fugacidad es una medida de la tendencia de un líquido a escaparse de una solución; en virtud de que el vapor de agua se comporta aproximadamente como un gas ideal, se puede emplear la presión de vapor en lugar de la fugacidad. Es decir, en forma ideal, la aa es directamente proporcional a la presión de vapor relativa según la ecuación. Sin embargo, los alimentos, con sus múltiples constituyentes e interacciones con el agua, no se comportan como tal y se desvían de estas consideraciones, de tal forma que la aa es aproximadamente proporcional a la presión de vapor relativa. Por esta razón, se ha sugerido usar la presión de vapor relativa como medida más exacta en lugar de la aa. A pesar de esto, y al igual que el pH, la aa se sigue empleando por sus beneficios prácticos, por la facilidad de su medición y por el bajo costo de los equipos requeridos. Por tal motivo, la Secretaría de Salud de México (SSA), la FDA de Estados Unidos y la Comunidad Económica Europea, la usan para categorizar la seguridad de los alimentos. En los estudios de Análisis de Riesgos y Control de Puntos Críticos (HACCP, de las siglas en inglés Hazard Analysis and Critical Control Points), generalmente se le considera como un punto crítico. Sin tomar en cuenta esta ligera inexactitud, se concluye que la aa es la presión de vapor de las moléculas de agua en el espacio de cabeza en un recipiente cerrado, comparada con la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura, después de alcanzar el equilibrio. Sus valores varían desde 1.0 para el agua pura, hasta cero para un producto totalmente seco. Otra forma de medir la disponibilidad del agua en un alimento es mediante su movilidad dinámica, en lugar de la aa y de la presión de vapor relativa, pero requiere de equipos costosos y poco prácticos, de difracción y de resonancia magnética nuclear. La movilidad molecular se basa en la capacidad de difusión de los solutos, así como en la viscosidad que se genera en su microambiente, sobre todo en alimentos congelados. La movilidad se reduce con las sustancias disueltas, principalmente las de bajo peso molecular.7, 35 Estas formas de medición de dicha disponibilidad y su influencia en la estabilidad de los alimentos resultan muy complicadas, por lo que, por el momento, se seguirá empleando la aa como parámetro de referencia en la industria. La actividad del agua es una propiedad intrínseca y se relaciona de manera no lineal con el contenido de humedad, Para entender esto, considérese un alimento con agua, almacenado a una temperatura determinada en una cámara herméticamente cerrada; al

cabo de algún tiempo, su presión de vapor provocará la transferencia de moléculas de agua y la cámara adquirirá una humedad relativa constante que estará en equilibrio (sin movimiento en ningún sentido) con el contenido de agua del alimento. Dicha humedad está en función del grado de interacción de los solutos con el agua, lo que es un reflejo de la facilidad de ésta para escapar del alimento, Por el contrario, si ahora se parte de un producto seco y se somete a atmósferas de humedad relativa elevadas, se observará una transferencia de masa del gas al sólido hasta llegar a un equilibrio; y conseguí la (hidratación del sólido).

1.1.1 Actividad de agua en los alimentos La actividad de agua (Aw o aa) es la humedad en equilibrio de un producto, determinada por la presión parcial del vapor de agua en su superficie. El valor de actividad de agua depende de la composición, la temperatura y el contenido en agua del producto. Así pues, se puede definir como la cantidad de agua libre que está disponible en los alimentos para el crecimiento microbiano. Los microorganismos necesitan una cantidad de agua para vivir, crecer y multiplicarse, es por ello muchos métodos de conservación se basan en reducir esta cantidad de agua y por tanto la actividad de agua mediante la deshidratación, la liofilización, adición de azúcares o sales, evaporación o congelación. Específicamente la actividad del agua (a w) es la presión de vapor de equilibrio real del espacio aéreo sobre los alimentos = Presión de vapor de equilibrio de agua pura a la misma temperatura. De manera alterna, se puede definir también en términos de humedad relativa (RH), siendo entonces Vapor de agua a presión de vapor real en aire x 100 = Presión de vapor de equilibrio de agua pura a la misma temperatura. Entonces, la Actividad de Agua = Humedad relativa del espacio aéreo sobre el alimento / 100. Importancia del agua en los alimentos El agua es un elemento esencial para desarrollar todos los procesos fisiológicos como, por ejemplo: digestión, absorción y eliminación de desechos metabólicos que no se puedan digerir y también para la función del aparato circulatorio, ya que este líquido vital forma parte de la sangre y mediante esta los nutrientes pueden llegar hasta las células de organismos y conservar nuestra salud, además de la temperatura corporal. Gracias al agua el equilibrio de fluidos y electrolitos en nuestro cuerpo se mantiene, ya que existe liquido mantiene disueltos a estos electrolitos, lo que permite el mantenimiento de la presión osmótica y potencial eléctrico de las membranas celulares, lo que se traduce en que gracias a esto se da la conducción de impulsos nerviosos y contracción de músculos. Es tan importante que la pérdida de agua en 20% podría causar la muerte, nuestro cuerpo puede sobrevivir sin alimentos por algunas semanas, pero sin agua no. Este elemento representa alrededor del 65 al 70% de nuestro cuerpo y se distribuye en músculos, piel, riñones, saliva y jugos gástricos, dentro y fuera de cada una de nuestras células, es decir no cuenta con un reservorio especifico, debido a esto la cantidad que se pierde de esta

debe ser repuesta diariamente. Una ración recomendada seria 35 ml/kg, de agua para adultos seria hasta 50 – 60 ml/kg, esto es aproximadamente de 2 a 3 litros por día. En el caso de los ancianos su requerimiento hídrico también es mayor, en deportistas también es importante la ingestión de agua antes durante y después del ejercicio y usar prendas flojas para permitir la liberación del calor en forma natural y así prevenir la deshidratación. En patologías o enfermedades que tienen episodios de diarreas, sudor excesivo o vómitos la perdida de agua es mayor. Llegando a causar debilidad a la deshidratación, con lo cual es importante la reposición inmediata de agua. Debido a todo lo explicado la ingestión de agua en la dieta es vital, pero hay que recordar que el agua que ingresa a nuestro cuerpo no lo hace solamente mediante el vaso de agua que tomamos, lo hace a través por ejemplo nos aportan cerca del 20% del agua que necesitamos consumir diariamente. Hay que mencionar que algunos productos como la ensalada, el tomate, el pepino, la sandía contienen más de un 90 % de agua, el resto lo recibimos más o menos así: un 10% proviene de productos lácteos (algunos quesos poseen hasta 50% de agua), un 8% de hidratos de carbono (pan y cereales), y el 2% restante de la carne, pescado, huevos etc. La mayoría de las carnes poseen un 50% de agua, más aún en el caso de aves y algunos pescados como el lenguado o el bacalao, llegan a tener un 75% de agua, en tanto el porcentaje asciende al 85% en el caso de los mariscos. Se puede observar el contenido de agua porcentual en diferentes alimentos de consumo humano. Contenido de agua porcentual en diferentes alimentos

Efectos de una A w reducida en la Inocuidad de los Alimentos La tasa de ciertos procesos químicos y bioquímicos se efectúa por la cantidad de agua disponible. Uno de los efectos de reducir el a w en un producto alimenticio es reducir la velocidad de estas...