Sin una vida útil precisa y específica para cada producto, es posible que esté desechando un producto caducado que aún está en buen estado. O vendiendo un producto no caducado que en realidad está en mal estado. Es posible que esté pagando demasiado por un envase que no beneficia a su producto. O renunciando a una vida útil significativa que se obtendría con un envase mejor. La cuestión es que no lo sabe con certeza porque está operando a ciegas.

Entonces, ¿por qué no se realizan más pruebas de vida útil?

Podría estar pagando demasiado por un embalaje que no beneficia a su producto.

Pruebas completas de vida útil

Por lo general, esto se debe a que realizar una prueba de vida útil completa y auténtica es una tarea abrumadora. Implica relaciones complejas entre la humedad, la temperatura y los modos de fallo del producto.

Hay muchos factores que pueden hacer que su producto sea inseguro o desagradable: moho, crecimiento microbiano, ranciedad, cambios en la textura o el sabor, degradación de las vitaminas. La mayoría de las personas no tienen los conocimientos necesarios para realizar pruebas completas de vida útil en sus propias instalaciones, y contratar a un laboratorio externo para que lo haga es caro.

Existe una alternativa científicamente válida a este tipo de pruebas de vida útil. Se trata de la vida útil simplificada por la actividad del agua. Genera todos los datos necesarios para predecir la vida útil de su producto a partir de un experimento que cualquiera, incluso una pequeña empresa emergente, puede permitirse realizar.

Vida útil y actividad del agua

¿Cómo simplifica la actividad del agua la vida útil?

1. Elimina distracciones. Cuando conozca la actividad del agua de su producto, sabrá qué modos de fallo son un problema para ese producto.
2. Simplifica la predicción. Puede utilizar su medidor de actividad del agua junto con otro método de medición (el que dependa de su modo de fallo particular) para realizar un sencillo experimento interno que le permitirá predecir con precisión la vida útil.
3. Estandariza la producción. Puede establecer una especificación de actividad del agua que le permita alcanzar la vida útil óptima en cada lote.

Los datos sobre la vida útil pueden proporcionar información valiosa que le ayudará a evitar fallos en los productos, predecir y prolongar la vida útil, elegir el embalaje más rentable y mucho más.

AQUALAB 3. Obtener una lectura precisa de la actividad del agua en su producto puede ayudar a predecir con mayor precisión la vida útil.

¿Cómo predice la actividad del agua la vida útil?

La actividad del agua es un medio importante para predecir y controlar la vida útil de los productos alimenticios. La vida útil es el tiempo durante el cual un producto seguirá siendo seguro, mantendrá las propiedades sensoriales, químicas, físicas y microbiológicas deseadas y cumplirá con el etiquetado nutricional. Hay muchos factores que influyen en la vida útil, entre ellos la actividad del agua, el pH, el potencial redox, el oxígeno, el uso de conservantes y las condiciones de procesamiento/almacenamiento. Mediante la medición y el control de la actividad del agua en los alimentos y los productos farmacéuticos, es posible:

• Predecir qué microorganismos serán fuentes potenciales de deterioro e infección.
• Mantener la estabilidad química de los alimentos.
• Minimizar las reacciones de oscurecimiento no enzimáticas y las reacciones espontáneas de oxidación autocatalítica de los lípidos.
• Controlar la actividad de las enzimas.
• Prolongar los nutrientes y vitaminas en los alimentos.
• Optimizar las propiedades físicas de los alimentos.

Factores que acaban con la vida útil

Hay tres factores principales que influyen en la vida útil: las propiedades microbianas, los cambios químicos y el deterioro físico. Todos estos factores están relacionados con la actividad del agua.

Crecimiento microbiano

El moho y el crecimiento microbiano son las amenazas más peligrosas para la vida útil. El control de la actividad del agua puede inhibir o impedir el crecimiento microbiano, prolongar la vida útil y permitir que algunos productos se almacenen de forma segura sin necesidad de refrigeración. Mediante tablas bien definidas, puede establecer un límite de actividad del agua para su producto y utilizarlo en las pruebas de vida útil.

Tabla 1. Límites de crecimiento de la actividad del agua para muchos microorganismos comunes.

Pero, ¿cómo puede aprovechar estos conocimientos en la formulación, especificación, producción y envasado? Vea nuestro último seminario web para aprender:

• Cómo la actividad del agua predice el crecimiento microbiano
• Cómo utilizar los límites máximos de residuos (LMR) específicos para organismos relevantes para su industria al establecer sus especificaciones.
• Cómo utilizar diferentes técnicas de formulación (incluidos humectantes, películas y recubrimientos) para alcanzar la actividad del agua que necesita.
• Por qué debería considerar la tecnología de vallas para abordar ciertos retos

Degradación química

La actividad del agua influye en las velocidades de las reacciones químicas deteriorantes porque el agua actúa como disolvente, puede ser un reactivo en sí misma o puede cambiar la movilidad de los reactivos a través de la viscosidad. Por ejemplo, las reacciones de oscurecimiento no enzimáticas aumentan con el aumento de la actividad del agua hasta un máximo de 0,6 a 0,7 aw, y la oxidación de los lípidos se minimiza entre 0,2 y 0,3 aw aproximadamente. La estabilidad química óptima se encuentra generalmente cerca del contenido de humedad de la monocapa, según se determina a partir de las isotermas de sorción de humedad.

Figura 1. La estabilidad y las reacciones de un producto pueden predecirse utilizando la actividad del agua.

Deterioro físico

Los entornos con alta humedad (y, con menos frecuencia, con baja humedad) pueden afectar a la actividad del agua de un producto, provocando cambios indeseables en su textura o propiedades físicas y acortando su vida útil. Entre los problemas que pueden surgir se incluyen la pérdida de crujiente en los productos secos, la formación de grumos y aglomeraciones en los polvos, y la dureza o masticabilidad en los productos húmedos. Determinar la actividad del agua crítica para su producto puede requerir cierta investigación, pero la actividad del agua facilita mucho esta tarea.

Conocer la actividad óptima del agua de sus productos puede prevenir cambios indeseables en las propiedades físicas del producto, como la formación de grumos y la aglutinación.

Embalaje, envío y almacenamiento

Los cambios en la actividad del agua durante el transporte y el almacenamiento pueden influir considerablemente en la vida útil. La actividad del agua depende de la temperatura, y las temperaturas durante el transporte y el almacenamiento pueden afectar a la actividad del agua dentro del envase. Las pruebas simplificadas de vida útil pueden ayudarle a determinar el mejor envase y evaluar el efecto de las condiciones de transporte y almacenamiento en la vida útil de su producto.

Empiece con pruebas simplificadas

La información sobre cómo maximizar la vida útil se encuentra en la literatura sobre ciencia alimentaria, pero puede resultar difícil encontrar instrucciones paso a paso. Solo hay que tener en cuenta algunas cosas a la hora de desarrollar un plan para comprobar la vida útil de su producto en particular.

NO intentes analizarlo todo.

Hay muchos factores que influyen en la vida útil, pero los que más impacto tienen son la actividad del agua y la temperatura. Empieza por controlar esos dos factores.

¿Cómo se mide la actividad del agua?

Los fabricantes de alimentos miden la actividad del agua en el laboratorio y en la línea de producción con medidores de actividad del agua. Mida la actividad del agua (aw) en 5 minutos o menos (tiempo medio de lectura: 2,5 minutos) con una precisión de ±0,003 aw. Los instrumentos AQUALAB son los medidores de actividad del agua más rápidos y precisos del mercado. Vea el vídeo para descubrir cómo funcionan.

DETERMINE los modos de fallo más probables.

La vida útil de un producto suele verse afectada por uno o dos modos de fallo. Por ejemplo, la vida útil de las patatas fritas suele acabar debido a los sabores desagradables asociados a la oxidación de los lípidos. Las pruebas simplificadas de vida útil deben comenzar por el seguimiento de la oxidación de los lípidos a diferentes actividades acuosas y temperaturas. Una vez que se han tenido en cuenta los efectos de la oxidación de los lípidos, se pueden examinar otros factores potencialmente limitantes, como la textura.

Los pasos básicos para determinar la vida útil

Pasos básicos para realizar pruebas de vida útil utilizando la actividad del agua.

Si ampliara estos pasos en un diagrama de flujo detallado, quedaría así (véase la imagen ampliada aquí):

Figura 2. Diagrama de flujo de las pruebas de vida útil.

Elige el paquete adecuado

Una vez que haya determinado el rango ideal de actividad del agua para su producto, es hora de pensar en el envase. El factor más importante que determina lo que sucederá con la actividad del agua de su producto con el tiempo es la permeabilidad del material del envase, es decir, su capacidad para evitar la transferencia de humedad en diferentes condiciones (véase Wong et al., 1999). Para determinar el envase adecuado para la vida útil deseada, se necesitan dos métricas sencillas: la permeabilidad del envase y la actividad crítica del agua.

Encuentre su WVTR

La fuerza motriz del movimiento del agua a través del envase es la diferencia en las condiciones de actividad del agua dentro y fuera del envase. Los fabricantes utilizan envases para controlar la velocidad a la que se mueve esta agua. La humedad se transfiere a través del envase a una velocidad que se denomina índice de transmisión de vapor de agua (WVTR). El WVTR se puede utilizar en modelos matemáticos para determinar el envase óptimo para la vida útil deseada.

Identifique su rango crítico de actividad del agua.

Uno de los principales objetivos de las pruebas de vida útil es determinar el mejor rango de actividad del agua para su producto. Puede tratarse de una actividad del agua crítica que, si se supera, provocará inmediatamente problemas de seguridad o textura que acaben con la vida útil. O puede ser el «punto óptimo de humedad» que maximiza los beneficios y elimina posibles problemas de sabor, textura y seguridad.

Si los cambios físicos son la principal causa de fallo de su producto, una curva isotérmica dinámica del punto de rocío (DDI) puede identificar la actividad crítica del agua. Una curva DDI mide el cambio en las propiedades de sorción de una muestra a medida que adsorbe y desorbe agua (véase la figura 3).

Figura 3. Relación entre los cambios de textura y la isoterma de la leche en polvo atomizada.

Las curvas DDI pueden ahorrar mucho tiempo a la hora de identificar una actividad crítica del agua. Puede obtenerlas enviando una muestra de su producto a AQUALAB Lab Services o utilizando el ANALIZADOR DE SORCIÓN DE VAPOR para desarrollar sus propias curvas DDI.

Si el deterioro microbiano es el factor que limita la vida útil, se puede identificar una actividad hídrica crítica o un rango de actividad hídrica utilizando los límites que han sido bien establecidos por la investigación. Muchos microorganismos de interés se enumeran en esta tabla que muestra la relación entre la actividad hídrica y el crecimiento microbiano.

Si los factores químicos como la oxidación de los lípidos, el oscurecimiento de Maillard o la pérdida de vitaminas son la principal causa de deterioro de su producto, tendrá que trabajar un poco más. La actividad del agua está relacionada con muchas de estas reacciones químicas, pero deberá realizar experimentos para determinar cuál es esa relación en el caso de su producto concreto.

Paquete para el éxito de la vida útil

Una vez que se conocen la permeabilidad del envase y la actividad crítica del agua, esos valores pueden utilizarse para realizar modelos predictivos.

El modelado predictivo suele realizarse mediante una serie de ecuaciones complicadas (descritas en la sección Recursos adicionales), pero existe una forma más sencilla. El programa de software MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT realiza estos cálculos por usted. El kit de herramientas utilizará estos datos básicos para determinar la vida útil, establecer las especificaciones de envasado ideales e incluso le permitirá variar los parámetros de análisis para examinar diferentes opciones de envasado.

Una inmersión profunda en los modos de fallo y mucho más

¿Necesita más información? A continuación encontrará una guía completa y detallada con los pasos del diagrama simplificado sobre la vida útil (Figura 2). Abra las pestañas para obtener más información sobre cada tema.

MÁS información sobre la vida útil

En este seminario web de 30 minutos, los científicos alimentarios Mary Galloway y Zachary Cartwright hablan sobre cómo obtener respuestas a sus preguntas sobre la vida útil. Aprenda a:

• Resolver problemas y quejas para averiguar por qué la vida útil está terminando antes de lo esperado.
• Predecir cómo los cambios en la receta afectarán a la vida útil.
• Compare el efecto de diferentes opciones de ingredientes.
• Evalúa si una opción de envasado específica te ayudará a alcanzar o mejorar la vida útil.

¿Por qué AQUALAB 4TE supera a otros medidores de actividad del agua?

El AQUALAB 4TE encierra una muestra en un recipiente sellado, y la humedad relativa del aire en el espacio superior se equilibra con la actividad del agua de la muestra. En equilibrio, ambas serán iguales, y podremos medir la humedad relativa del espacio superior para conocer la actividad del agua de la muestra. Esta es la respuesta más fiable a la pregunta de cómo medir la actividad del agua.

Métodos secundarios: higrómetros, sensores de capacitancia.

Al igual que los primeros medidores de actividad del agua, la mayoría de los instrumentos modernos utilizan sensores higrómetros de capacitancia eléctrica o resistencia para medir la humedad en el espacio superior a la muestra.

Estos medidores utilizan métodos secundarios: relacionan una señal eléctrica con la humedad relativa y deben calibrarse con patrones de sal conocidos.

Con estos sensores, el ERH es igual a la actividad del agua de la muestra solo mientras la temperatura de la muestra y la del sensor sean iguales. Para obtener mediciones precisas es necesario un buen control o medición de la temperatura. Los sensores de capacitancia tienen un diseño sencillo y se utilizan a menudo en medidores de actividad del agua relativamente económicos.

El método del punto de rocío 4TE es un método primario.

Los mejores métodos para responder a la pregunta de cómo medir la actividad del agua son los métodos primarios que utilizan la relación p/p0.

P0 (la presión de vapor de saturación) depende únicamente de la temperatura de la muestra (como se muestra en el gráfico adjunto), por lo que es posible medir p0 midiendo la temperatura de la muestra. P (la presión de vapor del agua en la muestra) se puede medir midiendo la presión de vapor del agua en el espacio superior sellado sobre la muestra. La forma más precisa de medir esa presión de vapor, y que se remonta a los principios básicos, es medir el punto de rocío del aire.

Figura 15. Es posible medir la presión de vapor de saturación midiendo la temperatura de la muestra (la presión de vapor de saturación depende de la temperatura).

El método primario significa medición directa, sin calibración.

Las principales ventajas del método del punto de rocío (o punto de rocío con espejo enfriado) son la rapidez y la precisión. El sensor de punto de rocío con espejo enfriado es un método de medición primario basado en principios termodinámicos fundamentales. Los medidores de actividad del agua con espejo enfriado realizan mediciones de alta precisión (±0,003 aw), normalmente en unos 5 minutos. Dado que la medición se basa en la determinación de la temperatura, no es necesaria ninguna calibración. Los usuarios deben medir una solución salina estándar para verificar el correcto funcionamiento del instrumento. En algunas aplicaciones, la rapidez de este método permite a los fabricantes realizar un control en línea de la actividad del agua de un producto.

Recursos adicionales

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Azanha, A.B., y Faria J. A. F. «Uso de modelos matemáticos para estimar la vida útil de los copos de maíz en envases flexibles». Packaging Technology and Science 18, n.º 4 (2005): 171-178.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. y Carter, A.H. 2015. La actividad crítica del agua a partir de isotermas dinámicas del punto de rocío como indicador de la estabilidad del polvo premezclado. Revista de medición y caracterización de alimentos. 9(4):479-486.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. y Carter, A.H. 2015. La actividad crítica del agua a partir de isotermas dinámicas del punto de rocío como indicador de la textura crujiente en galletas con bajo contenido de humedad. Journal of Food Measurement and Characterization 9(3):463-470.

Carter, B. P. y Schmidt, S. J. «Avances en la determinación de la transición vítrea en alimentos mediante isotermas de sorción de humedad». Food Chemistry 132, n.º 4 (2012): 1693-1698.

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La estabilidad y la vida útil de los alimentos, editado por David Kilcast y Persis Subramaniam. Woodhead Publishing, 2000.

Koutsoumanis, Konstantinos y George-John E. Nychas. «Aplicación de un procedimiento experimental sistemático para desarrollar un modelo microbiano para la predicción rápida de la vida útil del pescado». International Journal of Food Microbiology 60, n.º 2-3 (2000): 171-84. doi:10.1016/s0168-1605(00)00309-3.

Del Nobile, M. A., Buonocore, G. G., Limbo, S. y Fava, P. «Predicción de la vida útil de alimentos secos a base de cereales envasados en films sensibles a la humedad». Journal of Food Science 68, n.º 4 (2003): 1292-1300.

Labuza, T.P., y Hyman, C. R. «Moisture Migration and Control in Multi-domain Foods» (Migración y control de la humedad en alimentos multidominio). Trends in Food Science & Technology 9, n.º 2 (1998) 47-55.

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Yuan, X., Carter, B. P. y Schmidt, S. J. «Determinación de la humedad relativa crítica a la que se produce la transición de estado vítreo a gomoso en la polidextrosa utilizando un instrumento automático de sorción de vapor de agua». Journal of Food Science 76, n.º 1 (2011), pp. 78-89.

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