Medición del contenido de humedad
Medir el contenido de humedad: Es más complicado de lo que cree
El contenido de humedad es sencillo en teoría, pero en realidad es casi imposible obtener una medición precisa y repetible del contenido de humedad. He aquí por qué.
A menudo se piensa que la actividad del agua, que proporciona información sobre la seguridad y la calidad del producto, es una medición más complicada que el contenido de humedad. Pero realizar mediciones precisas y repetibles del contenido de humedad no es tan sencillo como parece.
En teoría, la medición del contenido de humedad (CM) es fácil. Basta con determinar la cantidad de agua de un producto y compararla con el peso de todo lo demás que contiene. De hecho, puede ser un proceso difícil y complejo obtener un porcentaje exacto de agua en un producto.
He aquí por qué.
La humedad de los alimentos se indica en base húmeda o en base seca.
Estos diferentes métodos de notificación pueden causar confusión. Para la base húmeda, la cantidad de agua se divide por el peso total de la muestra (sólidos más humedad). Para la base seca, la cantidad de agua se divide por el peso seco (sólo sólidos).
Desgraciadamente, el contenido de humedad suele indicarse sólo como porcentaje, sin ninguna indicación del método utilizado. Aunque es fácil convertir entre base húmeda y seca, se producen confusiones y problemas potenciales cuando se hacen comparaciones entre contenidos de humedad comunicados sobre bases diferentes.
Además, el contenido de humedad notificado en base seca puede dar lugar en realidad a un valor porcentual superior al 100%, lo que provoca más confusión.
Los innumerables métodos de medición de la humedad hacen que las comparaciones sean casi imposibles
La AOAC enumera 35 métodos diferentes para medir el contenido de humedad. Estos se clasifican como métodos de medición directa o indirecta.
Los métodos directos consisten en eliminar el agua del producto (por secado, destilación, extracción, etc.) y, a continuación, medir la cantidad de agua mediante pesaje o valoración. Los métodos directos proporcionan los resultados más fiables, pero suelen requerir mucho trabajo y tiempo. Algunos ejemplos son la desecación en estufa de aire, la desecación en estufa de vacío, la liofilización, la destilación, Karl Fischer, el análisis termogravimétrico, la desecación química y la cromatografía de gases.
Los métodos indirectos no eliminan el agua de la muestra. En cambio, implican la medición de alguna propiedad del alimento que cambia a medida que varía el contenido de humedad. Estos métodos requieren la calibración con un método primario o directo. Su precisión está limitada por la precisión del método primario.
Los métodos indirectos suelen ser rápidos y requieren poca preparación de la muestra, pero son menos fiables que los métodos de medición directa. Algunos ejemplos de métodos de medición indirectos son la refractometría, la absorción IR, la absorción NIR, la adsorción por microondas, la capacitancia dieléctrica, la conductividad y la absorción ultrasónica.
Para complicar aún más el proceso de medición del contenido de humedad, un método de medición no proporciona necesariamente los mismos resultados que otro, y el método de medición no suele indicarse junto con el valor del contenido de humedad.
Ni siquiera los métodos de medición directa proporcionan resultados consistentes. Cualquier método que requiera calentamiento (es decir, pérdida por secado) puede provocar en las muestras pérdida de volátiles orgánicos o descomposición de la muestra, especialmente en el caso de muestras que contengan altos niveles de azúcar. Por ejemplo, si en una muestra hay volátiles orgánicos o si la muestra se descompone durante el secado, un análisis Karl Fischer, que no es susceptible a la pérdida de volátiles ni a la descomposición, dará resultados diferentes a los de un análisis de pérdida por secado.
La variabilidad es difícil de evitar
Una respuesta a estos problemas consiste simplemente en utilizar un método coherente y comparar únicamente valores que se hayan obtenido de la misma manera. Desgraciadamente, la coherencia en los métodos de medición para el análisis del contenido de humedad sigue sin eliminar todos los problemas.
Consideremos, por ejemplo, el secado a pérdida. Este método parece bastante sencillo. Se pesa una muestra y se registra el peso. A continuación, se transfiere la muestra a un horno, se deja secar y se mide el peso en seco. La cantidad de agua se determina restando el peso seco del peso inicial, y el contenido de humedad se calcula como la cantidad de agua dividida por el peso seco o el peso total, dependiendo del método de informe.
Incluso este sencillo método de pérdida por secado está minado de posibles trampas de variabilidad. La más fundamental es que el término "seco" no tiene un significado científico real y nunca se ha definido bien. En su lugar, hay que establecer para cada muestra una sequedad arbitraria que sea reproducible.
La "sequedad" suele definirse como el punto en el que finaliza la pérdida de peso. Sin embargo, los gráficos termogravimétricos muestran que la pérdida de peso se nivela a diferentes temperaturas para diferentes productos. Además, dependiendo del producto, el tiempo necesario para alcanzar la "sequedad" será diferente, y una temperatura que produce "sequedad" en un producto puede causar descomposición en otro.
Esto significa que cada muestra tiene una temperatura de estufa y un tiempo de secado ideales únicos. Esta combinación ideal de tiempo y temperatura está disponible en la bibliografía para algunos productos, pero hay muchos para los que no está disponible. Es difícil saber qué combinación utilizar para productos no probados. Si no se utiliza la misma combinación tiempo/temperatura, no deben compararse los contenidos de humedad resultantes.
Otra complicación es que muchos hornos ajustados a una temperatura pueden variar con el tiempo de esa temperatura hasta 15 °C, y dos hornos ajustados a la misma temperatura pueden variar hasta 40 °C.
Otras fuentes de variación para el método de secado por pérdida son la presión de vapor en estufa, los métodos de preparación de la muestra, el tamaño de las partículas de la muestra, el pesaje de la muestra y el tratamiento posterior al secado.
Resulta interesante que, a pesar de los posibles inconvenientes, cuando en la bibliografía se indica un contenido de humedad por secado con pérdida, se acepta inmediatamente como correcto. Además, cuando se hacen comparaciones entre métodos de contenido de humedad y uno de esos métodos es el secado por pérdida, siempre se asume que la medición del secado por pérdida es correcta.
Determinación del contenido de humedad
Definir "seco" sería útil para eliminar algunas de las incoherencias asociadas a la medición de la humedad.
La mejor manera de definir seco sería identificar un nivel de actividad del agua de secado al horno. Entonces, el peso seco sería el peso de la muestra cuando ha alcanzado este nivel de actividad del agua de secado al horno.
En condiciones ambientales comunes de 25 °C y 30% HR, un horno a 95 °C crearía una actividad de agua seca en el interior del horno de 0,01 aw, suponiendo que la presión de vapor en el horno es la misma que en el aire. Un horno que mantuviera unas condiciones en las que su actividad de agua seca en el horno fuera siempre de 0,01 aw, independientemente de las condiciones ambientales, crearía una condición científicamente "seca". En este tipo de horno, cualquier producto podría declararse seco cuando su peso dejara de variar. Su actividad de agua sería de 0,01 aw, y su peso sería el peso seco.
La presión de vapor y la temperatura del horno también podrían ajustarse para evitar la liberación de volátiles, siempre que la actividad del agua en el horno se mantuviera en 0,01 aw. El uso de este método eliminaría la incoherencia que resulta de múltiples métodos de medición y de una definición poco clara de "seco".
Análisis de humedad más preciso
El contenido de humedad proporciona información valiosa sobre el rendimiento y la cantidad, por lo que es importante desde un punto de vista financiero. También proporciona información sobre la textura, ya que los niveles crecientes de humedad proporcionan movilidad y reducen la temperatura de transición vítrea. Sin embargo, obtener valores correctos y coherentes del contenido de humedad puede ser difícil, y una medición del contenido de humedad no puede tomarse al pie de la letra sin información sobre los métodos utilizados para generarla.
Otros problemas surgen cuando la cantidad de agua en un producto se utiliza para contar una historia que en realidad no cuenta, relacionada con la consistencia del producto, la calidad o la seguridad microbiana. En estos y otros casos, la actividad del agua es la medida más precisa.
Para realizar un análisis completo de la humedad, los fabricantes de productos alimentarios y farmacéuticos deben medir tanto el contenido de humedad como la actividad del agua. Además, las isotermas de sorción de humedad pueden utilizarse para determinar con precisión dónde se puede conseguir y mantener una vida útil, textura, seguridad y calidad óptimas.
