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Por qué los polvos se portan mal

Se apelmazan, se aglutinan, se solidifican durante el almacenamiento, se adhieren a la maquinaria... Si trabaja con polvos, habrá visto los problemas y comportamientos obvios.

Pero puede que no haya visto las peligrosas travesuras que el polvo puede hacer en otros lugares. Estos problemas menos visibles y conocidos pueden ser importantes, como los riesgos para la salud y la retirada de productos. Ignórelos bajo su propia responsabilidad.

Acompañe a Mary Galloway, directora del laboratorio de I+D de METER Food, y al Dr. Zachary Cartwright, científico principal especializado en alimentación, en la presentación de los resultados de nuevas investigaciones y en el análisis de las muchas razones por las que los polvos se portan mal.

Aprenderás:

  • Cuántas empresas tergiversan accidentalmente los beneficios de los alimentos funcionales de sus productos
  • Los riesgos microbianos de los alimentos poco húmedos y los peligrosos conceptos erróneos sobre ellos
  • La multitud de factores que influyen en la estabilidad del polvo y cuáles son los más importantes que hay que vigilar
  • Cómo determinar dónde se producirán los problemas de polvo y cómo prevenirlos antes de que empiecen

Sobre los presentadores

Mary Galloway dirige el Laboratorio de Investigación y Desarrollo de METER Food. Está especializada en utilizar y probar instrumentos que miden la actividad del agua y su influencia en las propiedades físicas. Ha trabajado con docenas de las marcas de alimentos más grandes y exitosas del mundo para resolver problemas de productos relacionados con la humedad.  

El Dr. Zachary Cartwright es el principal científico alimentario del Grupo METER. Posee un doctorado en ciencia alimentaria por la Universidad Estatal de Washington y una licenciatura en bioquímica por la Universidad Estatal de Nuevo México. Es experto en análisis de isotermas y en el uso del Analizador de Sorción de Vapores (VSA).

Transcripción, editada para mayor claridad

Zachary:

Hola a todos. Bienvenidos a Por qué los polvos se portan mal. Mi nombre es Zachary Cartwright.

María:

Y yo soy Mary Galloway.

Zachary:

Empecemos con un breve resumen de lo que puede esperar hoy. Hablaremos de lo que son los polvos, intentaremos darles una definición y luego nos centraremos principalmente en tres aspectos diferentes de los polvos. Veremos la estabilidad física, como el apelmazamiento y la pérdida de fluidez. Mary tiene algunos datos de laboratorio que compartirá con nosotros, y luego pasaremos a la estabilidad química, pensando en la rancidez o las reacciones de oscurecimiento. Creo que también tiene algunas investigaciones para nosotros.

María:

Así es. Hicimos un estudio en el laboratorio sobre la degradación de la vitamina C.

Zachary:

Por último, examinaremos la estabilidad microbiana. A pesar de que este es un entorno de baja actividad del agua, todavía hay algunas preocupaciones microbianas, y creo que usted estaba trabajando en un artículo o citado en un artículo que nos centraremos en.

Polvos 101: Fundamentos y definiciones

Zachary:

Mary, ¿qué es un polvo? ¿Cómo definiría un polvo?

María:

Bueno, la mayoría de la gente sabe lo que es un polvo en teoría porque los encontramos en muchos sitios. Cuando hablábamos de esto antes, el mercado importaba. Cuando hablábamos de la categoría de polvos, podíamos tener especias, ingredientes. La industria farmacéutica también utiliza la palabra para excipientes y API, y cumplen muchas funciones diferentes. 

Básicamente, un polvo es un producto granular pequeño. Encontramos una buena definición en un artículo de Bandari de 2017. Parafraseando, habla de la estructura como la principal definición de un polvo. Amorfo, cristalino o combinaciones de ambos. La forma en que estos dos interactúan y el tamaño de las partículas afectarán a la funcionalidad, la aplicación y la producción del polvo.

Eso resume por qué los polvos son un mercado tan grande y por qué son tan difíciles: porque abarcan muchos mercados y grupos funcionales diferentes.

Zachary:

En un seminario web anterior sobre polvos profundizamos un poco más en los conceptos de amorfo y cristalino. Básicamente, desde el punto de vista de la estructura molecular, hay algunas diferencias clave. Una estructura cristalina tendrá una estructura repetitiva bien definida. Eso es algo que se puede ver a nivel molecular. Incluso visualmente, se pueden ver estas diferencias en los polvos, y tenemos algunas cifras para eso.

La última vez hablamos de la mezcla de estos polvos y de algunos de sus efectos combinados. Si desea profundizar en este tema, puede consultar nuestro seminario anterior. También hablamos del tamaño de las partículas, y quiero profundizar en ello. ¿Cómo afecta el tamaño de las partículas a algunas de las características de los polvos?

María:

El tamaño de las partículas influye mucho en las características y los polvos, y por eso pueden ser tan difíciles. Cuando el tamaño de las partículas es pequeño, pueden formarse puentes entre ellas que no se habían previsto, y entonces pueden empezar a pegarse, aglomerarse y cosas por el estilo. 

Además del tamaño general de las partículas, hay otros factores. La forma de las partículas también es un factor. También se ha investigado que, cuando se mezclan polvos cristalinos, se produce lo que llamamos delicuescencia, que consiste en pasar del estado sólido al líquido antes de lo que se esperaría de cada uno de los polvos. La razón es el diferente tamaño de las partículas.

Siempre que haya estos lugares de contacto, puede empezar a haber puentes y problemas. Los polvos cristalinos pueden ser especialmente delicados porque, como has dicho, tienen una estructura muy ordenada, y eso significa que la humedad sólo se adhiere esencialmente al exterior de la estructura. Es sólo una interacción superficial, al contrario que con un polvo amorfo, en el que hay muchas grietas y formas y tamaños irregulares, y el agua puede adherirse más fácilmente al amorfo. Eso los hace funcionalmente diferentes, pero también influye a la hora de utilizarlos como formuladores.

Zachary:

La última vez que hablamos, examinamos las cinco etapas del apelmazamiento. Hay múltiples etapas para llegar a la aglomeración y, finalmente, a la licuefacción.

No es necesario que los repasemos hoy, pero quiero señalar que el apelmazamiento y la formación de grumos pueden empezar a producirse en una fase temprana. Una forma de controlar esto es observando la humedad y la actividad del agua de estos polvos. Lo hacemos en la mayoría de nuestros seminarios web, pero siempre es útil definir lo que es el contenido de humedad y la actividad del agua y hablar de cómo podemos utilizar estas cosas juntas para pensar en los cambios físicos y la estabilidad química y microbiana. 

Empecemos por el contenido de humedad y la actividad del agua. Sé que tienes un buen gráfico para esto y una buena definición. ¿Cómo se diferencian estas dos mediciones?

María:

Para algunas de las personas con las que hablamos, la actividad del agua es un concepto nuevo, y la mayoría está muy familiarizada con el contenido de humedad. Me gusta separarlos y decir que hay dos mediciones del agua que podemos hacer. Hay una en la que miramos la cantidad de agua, o el contenido de humedad. La otra es observar la energía del agua: ¿qué es capaz de hacer el agua? Las medimos de formas completamente distintas.

Cuando miramos el contenido de humedad, es un porcentaje de masa, por lo que sólo estamos mirando un peso. Pero cuando analizamos la actividad del agua, en realidad estamos midiendo lo que llamamos presión de vapor, que es similar a la humedad que se desprende de una muestra.

Si quieres echar un vistazo a algunas de nuestras investigaciones y algunos de nuestros otros seminarios web, hablamos de la actividad del agua. Podría ser útil considerar que a lo que nos referimos es básicamente a una humedad equilibrada que la muestra está emitiendo, y eso podría ayudar a la gente a entender mejor estas dos cosas. También hay que tener en cuenta cómo algunas condiciones externas y ambientales pueden afectar al producto.

Zachary:

Buena observación. Sigo viendo con bastante frecuencia que se define erróneamente que la actividad del agua es la disponibilidad de agua, y eso no es exactamente lo correcto. La actividad del agua es un principio termodinámico. Realmente es la energía de esa agua, y es importante saberlo porque la energía del agua se puede utilizar para una reacción química o un cambio de textura u otra cosa. Es bueno profundizar en ese punto. Estamos estudiando la energía del agua con la actividad del agua. 

Tenemos clientes que acuden a nosotros todo el tiempo y que tienen un buen registro del contenido de humedad, pero les resulta muy difícil obtener una medición precisa. Como no pueden ser precisos con el contenido de humedad, es difícil relacionar algunos de los problemas que tienen con el contenido de humedad. El contenido de humedad por sí solo no proporciona toda la información necesaria, especialmente en el caso de los polvos.

Al combinar la actividad del agua y el contenido de humedad, podemos observar la isoterma, y esto es algo de lo que siempre hablamos mucho, pero es porque es una forma única de observar el agua en estos productos y obtener una imagen completa de cómo se está comportando el agua en ese producto. ¿Cómo se toma una isoterma? ¿Cómo se observa esa forma y se correlaciona con las diferentes características de un polvo?

María:

Algunas de las formas en que utilizamos las isotermas es para definir un punto crítico, una actividad crítica del agua en la que vamos a empezar a ver cambios de textura y otros cambios dentro de la estructura del producto. Básicamente, ¿en qué punto empieza a cambiar y a absorber mucha más humedad? Generalmente, si hablamos de un polvo, ese es el punto en el que empezaremos a ver apelmazamiento y grumos. Si se trata de algún otro producto, como un aperitivo, puede empezar a ablandarse, por lo que son puntos críticos que hay que averiguar. También podemos observar la pendiente o la forma de la propia isoterma y ser capaces de identificar la estructura, como hablamos de amorfa frente a cristalina. Podemos fijarnos en eso. También podemos exponer estas muestras al aire húmedo y ver básicamente en tiempo real cómo se comportan, podemos obtener mucha información útil sobre ese producto que puede ser útil para un cliente.

Zachary:

Es importante señalar que tenemos un método único llamado isoterma dinámica del punto de rocío, y esta es la mejor manera de obtener un gráfico de alta resolución o una imagen de cómo se está comportando el agua. Hay otros métodos de los que hablaremos más adelante, pero usando esa isoterma dinámica de punto de rocío y usando el analizador de absorción de vapor, esta es la mejor manera de caracterizar el agua y luego mirar algunos de los factores que vamos a considerar empezando por la estabilidad física. En esta próxima sección, vamos a hablar de la estabilidad física y lo que eso significa para los polvos.

María:

De acuerdo.

Caracterización de la estabilidad física de los polvos

Zachary:

Profundicemos en la estabilidad física. Cuando pensamos en la estabilidad física de los polvos, hay tres factores principales que debemos tener en cuenta: la humedad, la temperatura y el tiempo. Dejaré que te sumerjas en ellos y añadas lo que necesites.

María:

Para la humedad, básicamente, si tenemos más disponibilidad de humedad, vamos a tener más procesos para cambiar, más estructura para cambiar. Cuando hablabas de la DDI, lo primero que se me ocurrió pensar fue en la leche en polvo secada por pulverización, que pasa de un estado vítreo a un estado gomoso. 

Ahora bien, si hiciéramos un estilo diferente más tradicional de isoterma, en realidad se pierde esa transición porque esencialmente salta por encima de ella. Normalmente mantienes las cosas a ciertas humedades y ves que pasa. Pero en el DDI, es el proceso en tiempo real y se puede ver realmente estas transiciones sucediendo. A esto me refiero específicamente cuando hablo de utilizar las isotermas para poder ver los datos en tiempo real y cuándo empiezan a producirse esos puntos críticos. La humedad tiene un gran impacto en esos procesos porque el agua tiende a acelerar las cosas.

Puede ser un disolvente, un reactivo e incluso un amortiguador de las reacciones químicas. A veces los papeles cambian a medida que el proceso avanza o a medida que se añade más humedad a ese proceso, y entonces puedes ver diferentes velocidades de reacción para cambiar realmente. Además de la humedad, también queremos observar la temperatura. Tenemos un gráfico que nos gusta mostrar porque es una gran manera de expresar cómo ese punto crítico que hemos estado mencionando cambiará a medida que añadimos calor o aumentamos la temperatura de un producto. Lo que ocurre, y tiene sentido cuando se piensa en ello, es que ese cambio se produce más rápidamente. Estás añadiendo energía al sistema, y ese sistema está fluyendo más rápido. Conseguirás que estos cambios ocurran en lo que sería una menor actividad del agua o más rápido en ese proceso.

Lo último es el tiempo. Si le das a un proceso el tiempo suficiente, va a cambiar. Incluso si pudieras mantener las otras cosas sólo la temperatura estática y la humedad, si le das tiempo suficiente, sucedería. Estaba pensando el otro día sobre este ejemplo. Tienes viejas ventanas de cristal, y si midieras la parte superior e inferior de ventanas de cristal muy viejas, sabrías que la parte inferior es más gruesa que la superior y eso es porque han tenido mucho tiempo para fluir. Esa es la idea de que si le das a algo un proceso lo suficientemente largo, llegará a su fin. Estos tres factores influyen en la estabilidad física.

Zachary:

También es importante tener en cuenta que, en función de la pregunta, se pueden utilizar distintos métodos o tipos de isotermas. Volviendo a la isoterma dinámica del punto de rocío, se puede utilizar para encontrar el punto crítico y saber exactamente en qué actividad del agua o en qué combinación de humedad relativa y temperatura se producirá ese efecto. Entonces, una vez que sepas dónde está ese punto crítico, también puedes hacer una prueba DVS, una prueba dinámica de absorción de vapor para hacer la pregunta sobre el tiempo. 

Volviendo al ejemplo de la ventana, ¿cuánto tardará en alcanzar el punto crítico en determinadas condiciones? Tenemos una forma de responder a eso. Tenemos nuestro analizador de absorción de vapor que permite realizar ambos métodos, lo cual es único y realmente el único instrumento capaz de hacer ambas cosas. Si tiene un problema con la estabilidad física, tener acceso a estos dos tipos de pruebas puede ser eficaz. 

Ahora pasemos a su proyecto de mezcla de especias. ¿En qué consistía este proyecto? ¿Cuál era su objetivo y qué aprendiste de él?

María:

Como sabemos, la humedad se moverá porque tenemos diferencias en las actividades del agua. La cuestión es cuánto se mueve. ¿Podemos predecirlo y con qué precisión? Disponemos de una herramienta. Existen ecuaciones que intentan modelizar la interacción entre los productos. Lo que hicimos para nuestro proyecto fue esencialmente que tomé seis mezclas diferentes, algunas especias, algunos hicimos una maltodextrina en sorbitol, almidón de maíz y sal de cebolla, y luego algunas especias, salvia, orégano y comino. Los pusimos juntos. Primero, forzamos a todos ellos a tener una actividad de agua muy específica. A continuación, también ejecutamos isotermas en todos esos ingredientes porque ese es un factor importante, no sólo la actividad de agua de partida o una proporción de masa en la sangre, sino cuáles son las características de esa isoterma de cómo se comporta en presencia de humedad.

Queremos saber cómo se toman o no se toman o como sea. Necesitamos saber cuál es esa información para ese producto para poder hacer un buen modelo predictivo. Hicimos esto, y luego los mezclamos en proporciones de masa conocidas. Después medimos para ver exactamente cuál era la actividad del agua una vez que les dimos tiempo para equilibrarse. Luego también hicimos la predicción, y eran muy buenos. Básicamente, estoy mostrando las combinaciones que hicimos, la de arriba, almidón de maíz y sal de cebolla. Mezclamos un gramo y medio de almidón de maíz, y comenzó con una actividad del agua de 0,435. La sal de cebolla, lo hicimos como un gramo, pero lo teníamos en una actividad de agua más baja. Verás que empezó con una actividad acuosa de 0,35, y luego la mezclamos y nuestra actividad acuosa real fue de 0,429.

Cuando ejecutamos el modelo de predicción que tenía en cuenta las isotermas, la masa inicial y las actividades iniciales del agua, en realidad predijimos que la actividad final del agua sería de 0,431, así que extremadamente, extremadamente cerca. Esto funcionó bien. En realidad tienen partículas de tamaño fino, por lo que tienen muchos contactos, así que vas a conseguir un equilibrio más rápido. Eso no fue una sorpresa, pero fue bueno que funcionara tan bien. Se puede ver con algunos de nuestros otros ejemplos que corrimos muy bien. También hicimos maltodextrina y sorbitol. Variamos las cantidades, variamos donde empezaron. Uno era más alto que el otro, y luego lo intercambiamos. Intentamos hacer varias combinaciones para probar un poco. Luego también hicimos las especias en la parte inferior; la salvia, el comino y el orégano.

Funcionaron bastante bien. Nuestro peor escenario en la configuración fue el último ejemplo. - Tal vez no debería decir eso, pero el científico en mí dice que tengo que hacerlo. Verás que nuestra predicción fue de 0,35 de actividad del agua, mientras que la real fue de 0,395. Fue alrededor de 0,05 menos. Sólo quería hablar de cómo funciona esto y luego las comparaciones que hicimos.

Usted verá aquí todas las isotermas para la salvia, el comino, el orégano, un modelo combinado, así que donde ponemos todos juntos. También quería mostrar donde empezamos. Aquí es donde empezamos con todos los ingredientes con la actividad inicial del agua, con el contenido inicial de humedad basado en la isoterma y las proporciones de masa. Una vez que pusimos todo allí, se puede ver que tenemos una actividad de agua final de 0,349.

Ahora para esto, lo que es importante es que estamos haciendo esto matemáticamente, por lo que queremos asegurarnos de que tenemos una buena representación, una buena ecuación matemática y coeficientes para cada uno de nuestros ingredientes. Una vez que conseguimos eso, conseguimos nuestra predicción, estaba bastante cerca, yo estaba bastante contento con eso. En cuanto al tamaño de las partículas de las especias, es posible que no tuvieran tan buen contacto y que, si las hubiéramos dejado juntas más tiempo, el resultado hubiera sido ligeramente distinto. Pero yo estaba muy contento con el resultado que obtuvimos. También quería verlo desde otro punto de vista.

Hemos modelado la isoterma como estoy mostrando aquí en el trazo rojo, pero entonces yo también quería comparar eso con la isoterma real, porque después de mezclar esta mezcla, en realidad corrió una isoterma en él para ver lo que podíamos hacer. A partir de ahí se puede ver las diferencias entre la isoterma real y la isoterma modelada, y coinciden muy, muy bien y sobre todo en el área de interés que estamos viendo. Si estamos buscando especias, tal vez 0,2 a 0,4, es generalmente donde viven en el rango de actividad del agua. Usted notará que tenemos un ajuste muy agradable. Me siento muy, muy bien acerca de nuestros datos en nuestro estudio. Este, como dije, es el peor caso que tuvimos. El resto de ellos en realidad tenía resultados mucho mejores.

Zachary:

Sólo quiero dar un paso atrás y pensar en la aplicación de esto en el mundo real. Hablo todo el tiempo con científicos que están sometidos a una gran presión para sacar nuevos productos lo antes posible. Si se utiliza este tipo de modelización para una mezcla de ingredientes secos, es una forma rápida de obtener información sobre el producto final antes incluso de fabricarlo. Lleva un poco de tiempo crear una biblioteca y disponer de isotermas para cada ingrediente, pero una vez hecho esto, puede sentarse frente al ordenador y comprender rápidamente cuál será la actividad del agua en equilibrio. Con nuestro nuevo programa en el kit de herramientas de análisis de humedad que viene con nuestro analizador de absorción de vapor, el software del kit de herramientas hace todo el trabajo por usted. Usted ha mencionado esas ecuaciones y hay ecuaciones en segundo plano, pero en lugar de tener que construir su propia hoja de cálculo o hacer todo esto usted mismo, todo ese trabajo se hace por usted y hace que sea fácil saber cuál será la actividad de agua de equilibrio.

Ahora también puedes obtener los coeficientes de ese modelo que has mencionado. Utilizando esos coeficientes, puedes empezar a preguntarte cuál es la vida útil prevista o cuánto tiempo tardará en alcanzar una actividad crítica del agua o qué tipo de envase debo utilizar. Se pueden hacer muchas cosas si se dedica tiempo a estudiar estas isotermas y a entender exactamente cómo se pueden utilizar estos datos para responder a muchas preguntas diferentes. Sólo quería señalar que los gráficos que muestra proceden del software Moisture Analysis Toolkit. Muchos de nuestros clientes, ya sean fabricantes de suplementos nutricionales o algunos de los mayores productores de especias del país, utilizan estas ecuaciones y herramientas para acelerar su producción.

María:

Buena observación. También quería añadir que una vez que tenga las isotermas, puedo volver a ejecutar esta predicción una y otra vez. Puedo cambiar cualquier parte de ella y volver a ejecutarla en cuestión de momentos. Por ejemplo, podría cambiar la proporción de masa si nos damos cuenta de que no nos gusta especialmente esta mezcla o no nos gusta su fluidez o algo así, o tal vez el sabor no es bueno. Tal vez tiene demasiado comino en ella o algo así. Podrías ajustar esa receta, y puedes hacerlo en el software. O digamos como un ejemplo, hemos hablado en seminarios anteriores acerca de la estacionalidad, cómo eso puede cambiar su ingrediente entrante.

La actividad del agua tiende a ser mayor en verano y menor en invierno. Es importante controlar lo que recibe cuando llega para no llevarse una sorpresa y que entre humedad en el producto que no esperaba o no deseaba. Eso es algo que se puede cambiar. Puede cambiar la actividad inicial del agua de cualquiera de estos productos y volver a ejecutar la predicción. Una vez que se obtiene esa información, se puede hacer mucho con su manipulación.

Zachary:

Bueno, todo eso estaba relacionado principalmente con la estabilidad física. Ahora pasemos a la estabilidad química y hablemos de cómo podemos utilizar la actividad del agua para informar o comprender mejor la estabilidad química.

Caracterización de la estabilidad química de los polvos

Zachary:

Pasando a la estabilidad química, quiero volver a nuestro diagrama de estabilidad que teníamos antes.

La razón por la que esto es importante es porque tiene que pensar si su polvo proporciona los beneficios para la salud que se prometieron. Las vitaminas, ¿están ahí como se prometió o se ha producido algún tipo de cambio químico que hay que tener en cuenta? Si nos fijamos en el diagrama de estabilidad, hay diferentes puntos en el diagrama donde las tasas de degradación o las tasas de reacción van a cambiar, por ejemplo, alrededor de 0,6 de actividad de agua, puede haber un aumento en las reacciones de oscurecimiento. En actividades de agua muy bajas, aquí es donde vemos que la oxidación de lípidos comienza a aumentar.

Sólo tienes que ser consciente de cómo la actividad del agua está afectando a las velocidades de reacción y qué reacciones están relacionadas con el final de la vida útil. Sé que hace poco trabajaste en un experimento sobre la vitamina C y en cómo se relaciona con qué actividad. ¿Puedes explicar este experimento y lo que encontraste?

María:

Las tasas de reacción química son un poco más complicadas de rastrear, pero si puedes rastrearlas y eso es factible. Para ser capaz de realizar un seguimiento de las tasas de reacción, podemos utilizar esa información para predecir una vida útil y una línea de tiempo esencialmente a cuando han llegado a un punto en el que consideraríamos que la vida útil ha terminado. Nuestro estudio fue sobre el ácido ascórbico, y básicamente lo expusimos a dos actividades diferentes de agua y tres temperaturas diferentes. Luego seguimos cómo se degradaba utilizando UV-Vis, y pudimos calcular esas tasas.

Una de las partes que es crítico acerca de esto es que estábamos usando la ecuación de Arrhenius, que es muy común utilizar para este tipo de reacción. Básicamente vas a relacionar una velocidad con una temperatura y una energía. Ya sabemos que podemos relacionar la energía con la actividad del agua específicamente.

Llevamos a cabo un estudio en el que comenzamos en el momento cero, y luego durante un período de varios días a semanas hemos ido y expuesto ese ácido ascórbico a una comunidad y temperatura específicas, y luego observamos cómo cambia, y luego podemos graficarlo. Este es nuestro estudio. Esencialmente nos gustaría saber cómo la temperatura y la actividad del agua van a afectar a la tasa de degradación. Tenemos estas parcelas de tiempo aquí que estamos mostrando el gráfico. Tenemos nuestras actividades de agua en 0.76 y 0.948, y las temperaturas que utilizamos, y estamos ejecutando estos como un estudio acelerado. Tenemos 30 grados C, 40 grados y 50 grados C. Esencialmente vamos a poner esto en la calculadora y utilizamos la ecuación de Arrhenius para ayudar a dibujar la información y correlacionar todo. Una vez que tengamos todos nuestros datos y los datos de nuestro estudio, entonces podemos decirle al programa específicamente cuál es nuestro interés.

¿Qué temperatura nos interesa? ¿Qué actividad del agua nos interesa? También tenemos que definir en el estudio dónde vamos a terminar la vida útil. ¿Qué porcentaje queda? En nuestro caso, lo que hicimos fue decidir que el 75% de la vitamina C restante sería el final. Esencialmente perderíamos el 25% de nuestra vitamina C, y entonces llamaríamos a eso el final de la vida útil. Si usted es un formulador o un fabricante, si tiene una vitamina como la que usted mencionaba, tiene afirmaciones sobre la cantidad de vitamina o la potencia de su producto. Basarías el final de la vida útil en ese valor.

Una vez que podemos poner toda esa información, entonces se puede calcular una vida útil. En nuestro caso aquí con nuestro ácido ascórbico, si nos interesaba a 30 grados C, y íbamos a tener que alrededor de 0,8 la actividad del agua, que es bastante alto, pero un cuarto de baño con vapor podría llegar allí. Lo que es relevante para alrededor del 80% de humedad relativa. Como he dicho antes, el 75% va a ser el final. Tendríamos 62 días antes de este ácido ascórbico ya no era lo suficientemente potente. 

Así es básicamente como funciona la estabilidad química. Sólo tenemos que seguir la pista, y si usted es capaz de medir eso, entonces usted puede hacer este estudio.

Zachary:

De nuevo, esta es otra herramienta del kit de herramientas de análisis de humedad, específicamente para la estabilidad química. A pesar de que puede tomar algún tiempo para recopilar datos, una vez que tenga los datos recogidos, es fácil de gráfico en el kit de herramientas. Acaba de demostrar que puede introducir una actividad de agua inicial, una temperatura de interés y, a continuación, definir lo que pone fin a su vida útil y obtener rápidamente los cálculos. Aunque puede llevar algún tiempo preparar un estudio, y se trata de estudios que podemos hacer nosotros o que también podemos guiar a los clientes utilizando cámaras de humedad, una vez que se han recogido los datos, hay mucha flexibilidad con los cálculos y se pueden obtener muchas perspectivas. En su caso, nos referimos específicamente a la vitamina C, pero esto podría aplicarse a cualquier cosa que podamos medir, a cualquier cosa a la que podamos asignar un valor.

María:

Va en ambas direcciones. Podría ser en este caso que esta es la tasa de degradación, pero usted podría hacer un aumento de algo como tal vez una reacción de oscurecimiento o algo así aumentó con el tiempo, y luego eso es lo que terminó la vida útil. Fue tal vez un valor de color específico. No importa, siempre y cuando se puede medir. Si hay alguna manera que realmente puede realizar un seguimiento de ese cambio, entonces usted puede convertirlo en una tasa y se puede obtener gráficos como este.

Zachary:

Ahora hay tantos suplementos nutricionales y tantas cosas en polvo que el uso de este tipo de herramienta podría ayudarles a entender cuál es su objetivo de actividad del agua o las condiciones de caducidad o lo que pone fin a su vida útil. ¿Qué porcentaje de pérdida de una determinada vitamina o cómo pueden hacer esa afirmación que figura en su etiqueta? ¿Cómo pueden estar seguros? Esta es una buena forma de hacerlo.

María:

Una vez más, el ejemplo antes de que usted podría cambiar su interés, usted podría cambiar su interés. Usted podría cambiar su temperatura y su actividad de agua de interés o incluso la cantidad que desea al final. Todo eso se puede cambiar fácilmente y simplemente volver a ejecutar la predicción.

Caracterización de la estabilidad microbiana de los polvos

Zachary:

Por último, la estabilidad microbiana. Muchos polvos van a tener una baja actividad de agua, y a veces la gente no reconoce que todavía puede haber una preocupación de seguridad allí. Es decir, los polvos pueden tener un microorganismo de interés, y puede ser seguro, pero no es necesariamente estéril. Una vez que se rehidrata un polvo, si hay una espora o un microorganismo de interés, una vez que se rehidrata, es cuando podemos empezar a ver algunos problemas de seguridad. Tengo entendido que usted ha colaborado recientemente en un artículo, y esperaba que pudiera hablarnos de lo que decía ese artículo.

María:

Tú lo has dicho exactamente. Existe la idea de que si tienes un alimento de baja humedad no tienes que preocuparte por el crecimiento microbiano y no necesitas saber sobre la actividad del agua, pero ha habido muchos, en realidad tristemente retiros de alimentos de baja humedad y donde han tenido brotes de E coli y salmonela como en la mantequilla de maní o harina, cosas por el estilo, fórmula para bebés. Es descorazonador. El caso es que la actividad del agua es una forma excelente de limitar el crecimiento microbiano. Si tienes una actividad del agua por debajo de 0,6, nada crecerá. Eso da una falsa sensación de seguridad. Mi producto es bajo, no necesito preocuparme por ello, pero la actividad del agua no es un paso mortal como lo que estabas diciendo, lo que significa que todavía viven, todavía están en estasis.

Si se exponen a una mayor humedad o una mayor actividad del agua, el medio ambiente, si se pone la harina en la masa de galletas, que es lo que se quiere hacer con ella, ahora, se ha creado un entorno en el que los microorganismos pueden ahora crecer y proliferar y se puede ver donde la salmonela o E coli o lo que sea se convierte en peligroso para el público. Se trata de un tema muy amplio. Hace poco asistí a una conferencia sobre protección de los alimentos en la que se habló mucho de ello, hubo muchas sesiones sobre el tema, y ahora se está investigando mucho sobre qué podemos hacer para esterilizar o pasteurizar estos alimentos con poca humedad. La investigación se está haciendo por ahí, y sabemos que varios investigadores, y sé que usted también, que están trabajando en esto muy activamente para tratar de pensar y llegar a estas maneras que podemos para no tener ningún crecimiento microbiano o estos brotes que están sucediendo que podemos pasteurizar o esterilizar estos alimentos de baja humedad.

Zachary:

Una de las investigadoras con las que hemos hablado recientemente es la Dra. Jennifer Acuff, que está estudiando los alimentos de baja humedad y los entornos en los que se producen y pensando en diferentes formas o técnicas de saneamiento o cómo podemos evitar que los patógenos transmitidos por los alimentos se encuentren incluso en los alimentos de baja humedad. Hace poco grabamos ese podcast con ella, y es algo de lo que habló. Desde mi punto de vista, mantenerse en la cima de su saneamiento y asegurarse de que su entorno es lo más limpio posible. Esto es algo de lo que también hablamos recientemente con el Dr. Minto Michael de la Universidad Estatal de Washington, sobre la microbiología y la comprensión de que hay diferentes temperaturas, combinaciones de tiempo y actividad del agua, pero como usted mencionó, no se puede calentar todo tipo de alimentos porque va a causar algún cambio estructural.

Puede haber otras maneras, microondas o procesamiento de alta presión o alguna otra cosa que podemos utilizar en combinación con el pensamiento acerca de la actividad del agua para asegurarse de que estos alimentos son tan seguros como sea posible. Si lo desea, puede escuchar el podcast con el Dr. Acuff o el Dr. Michael para aprender más acerca de la seguridad alimentaria.

María:

También pensé en cómo la actividad del agua realmente juega un papel cuando usted está haciendo su paso de pasteurización. Incluso si usted es capaz de hacer eso, digamos que si se trata de carne seca o algo por el estilo, hay una combinación de tiempo, temperatura y humedad, así para que sean eficaces. La otra parte es que si puedes hacer eso, ¿estás creando un ambiente para matar realmente el microorganismo que te interesa? Si tienes el tiempo y la temperatura adecuados, pero la humedad es baja, la esterilización no será tan eficaz. Se trata de todos estos factores.

Recapitulación y recomendaciones

Zachary:

A modo de breve recapitulación: 

  • Hoy hemos examinado los polvos, hemos intentado definirlos.
  • Examinamos la estabilidad física, química y microbiana.
  • Hablamos de algunos de los productos AQUALAB que utilizamos para investigar e informar sobre lo que hablamos hoy. 

Una cosa que quería mencionar aquí es que a pesar de que hacemos soluciones que miden los productos finales o miden los ingredientes, también tenemos una solución en línea llamada SKALA Dry que realmente puede ayudar con los productos secados por pulverización.

Si tiene dificultades para elaborar un producto consistente a medida que cambia la temperatura o las estaciones, SKALA Dry puede ayudarle automáticamente a dar con la actividad acuática adecuada para ese producto. 

Además, echa un vistazo al podcast que hemos mencionado, Water In Food. También tenemos un canal en YouTube. Asegúrese de escucharlo y suscribirse. 

Llegados a este punto, vamos a abrir el turno de preguntas.

 

1. ¿Existe alguna forma de medir o controlar la higroscopicidad de los polvos con los que trabajo?

Zachary:

Gran pregunta. Cuando se trata de la higroscopicidad, podemos fijarnos en la forma de la curva isotérmica. Esto es algo que sacamos antes, y probablemente podamos volver a sacar ahora, pero te fijas en la pendiente de las curvas.

En este caso, estamos observando diferentes excipientes, y cuanto mayor sea la pendiente de esa curva, mayor será la higroscopicidad y más agua absorberá el polvo específico. Simplemente observando la forma de esa curva, podemos ver rápida y visualmente una diferencia en el grado de higroscopicidad de esos polvos. No sé si hay algo que quieras añadir.

María:

Es una buena explicación. Básicamente, cuanto mayor sea la pendiente, más higroscópico es, lo que también puede significar que va a ser capaz de aportar más humedad a su producto final, sea lo que sea. Eso es definitivamente un factor es la comprensión de esa relación y cómo higroscópico algo es.

Zachary:

También añadiré que, dependiendo de la fórmula o del objetivo o resultado final, se puede querer algo que tenga una mayor pendiente o no. El tipo de pendiente que busques dependerá del producto y de la fórmula.

María:

Si quieres algo que aumente o se una con el agua a tu gusto, es una buena forma de hacerlo. Puedes tener un ingrediente que tenga una pendiente pronunciada que absorba mucha humedad y sea capaz de añadir mucha humedad a tu producto, y entonces puedes formular para la actividad de agua específica que estás buscando. Pero no es necesariamente algo malo, es sólo algo que hay que saber.

2. ¿Qué afecta más a la degradación de la vitamina C, la temperatura o la actividad del agua?

María:

Muy bien, me quedo con esta. La actividad del agua fue definitivamente el factor principal en la degradación de la vitamina C más que la temperatura. Si volvieras a mirar los datos, también podrías verlo por ti mismo porque si comparas lo que esas reacciones con sólo variar la temperatura frente a cuando variamos la actividad del agua, es muy claro en realidad para este, que es el factor más importante es la actividad del agua.

Zachary:

Va a depender de cada vitamina en concreto, y es algo de lo que hemos estado hablando recientemente. Pero aunque la vitamina C se comportó de esta manera específica, vas a tener que mirar cada vitamina o cada ingrediente activo, lo que sea que te preocupe. Esto no siempre va a ser la tendencia. No siempre va a ser la actividad del agua la que tenga una mayor influencia. Hay que hacer este tipo de estudios para saber cuál tendrá mayor impacto.

María:

Correcto. Porque podría ser oxígeno o vitamina E que puede volverse rancia. Podrías rastrear eso y podrías tener una respuesta diferente para eso. Pero para la vitamina C era la actividad del agua.

3. ¿Cómo se relaciona la actividad del agua o el contenido de humedad con la rapidez de disolución de un polvo?

María:

Yo diría que no se trata necesariamente de la actividad del agua o del contenido de humedad en sí, sino más bien de la estructura del polvo en sí y de la rapidez con la que puede disolverse, así como del entorno en el que va a estar ese polvo. Si se trata de una mezcla para bebidas, entonces estará en un ambiente con alta actividad de agua para que se disuelva rápidamente. Pero depende. Por ejemplo, si tienes algo que tiene un hidrato, generalmente ya tiene agua ligada que tiende a disolverse más rápido. Todo depende. No es tan sencillo como conocer la actividad del agua y el contenido de humedad de un polvo, se trata más de la estructura y de cómo puede disolverse rápidamente.

Zachary:

Añadiré que si también observamos la isoterma y el test DVS, si somos capaces de identificar un punto de delicuescencia o un punto en el que todo entra en disolución, entonces podemos utilizar un test DVS para entender cuánto tiempo va a tardar. Tal vez mirando la estructura y luego también siendo informado por la isoterma.

María:

Correcto. Esa es una parte importante de un polvo es tenerlo disuelto porque la mayoría de los polvos que experimentamos se supone que hacen eso. Si sólo tienes una mezcla para bebidas, vas a añadirlo a otra cosa. Pero, ¿y si quieres evitar que se apelmace antes de que esté en el envase? Todos hemos experimentado eso o hemos tenido una mezcla de bebida o algo así, y es difícil. Tal vez miramos la isoterma, averiguamos cuál es el punto crítico de esa mezcla y nos aseguramos de que el envase no lo supere, o tal vez tenemos que añadir un agente antiaglomerante o algo parecido. Todo ello influye en la solubilidad de un polvo.

4. ¿Cómo se compara la vida útil del polvo amorfo con la del polvo cristalino?

Zachary:

Dependerá de lo que esté acabando con la vida útil. ¿Se trata de un cambio de textura o de un cambio químico? Primero tendríamos que definir qué aspecto tiene ese punto final, y luego ¿qué le añadiríamos?

María:

Buena pregunta. Con polvos cristalinos, tienen un punto de delicuescencia, que he mencionado. Es decir, pasan de un estado sólido a un estado líquido, y eso depende de la humedad a la que estén expuestos. Si eres capaz de mantener el ambiente alrededor de ese polvo cristalino por debajo de ese punto, entonces puede cambiar la actividad rápidamente y no cambiar la estructura del polvo. Puede tener una vida útil realmente larga. Puedes pensar en sacarosa o NACL o algo así. Usted acaba de tener una larga vida útil con eso.

Pero si está por encima, entonces tienes problemas. Todo importa, a diferencia de lo que has dicho, ¿qué va a acabar con la vida útil? ¿Cuál es el entorno al que va a estar expuesto? Entonces, ¿qué tiene sentido? También impartimos un seminario web sobre edulcorantes, y esa fue una parte interesante sobre los edulcorantes y sus características de disolubilidad, y estamos cambiando entre estructuras amorfas y cristalinas, y cómo eso podría precipitar esencialmente fuera de un producto en absoluto, es una pregunta complicada. ¿Hay una respuesta definida? Tal vez voy a tratar de simplificarlo. Las estructuras cristalinas, si puedes mantenerlas por debajo de ese punto crítico, puedes exponerlas a cualquier cosa por debajo de eso. Realmente no va a cambiar porque cada interacción con el agua es todo como la superficie. Pero entonces, de nuevo, si está por encima de eso o si es una reacción química o si es algo más, entonces es otra cosa de la que tenemos que hablar.

Zachary:

Sólo añadiré que, en el caso de los sólidos o polvos cristalinos, sus puntos de delicuescencia suelen ser bastante altos, quizá 0,9 de actividad del agua o en algún punto de ese rango, mientras que un polvo amorfo puede tener un cambio físico de 0,3 a 0,6 de actividad del agua. Si se trata sólo de la textura, si eso va a determinar una vida útil, entonces me imagino que la mayoría de los sólidos cristalinos tendrán una vida útil más larga. Pero si lo que nos preocupa es la estabilidad química o la reacción química, habrá que profundizar más y hacer un experimento para responder a esa pregunta.

María:

De vuelta con la otra cosa cristalina que no mencionamos también es que si tenemos pequeños tamaños de partícula o tenemos estructuras extrañas o formas o varios tamaños, eso puede impactar donde empezarás a obtener ese puente como una sorpresa en la humedad ambiente. Incluso diciendo que cristalino si lo mantienes por debajo del punto de delicuescencia que estás libre, el tamaño de partícula también impactaría definitivamente la estabilidad de esa estructura cristalina.

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