Medición del contenido de humedad: es más complicado de lo que parece

El contenido de humedad es el porcentaje de agua presente en un producto alimenticio u otro material, expresado en relación con el peso húmedo o seco del material.

La cantidad de agua presente en un material influye en la calidad y la vida útil del producto, pero el contenido de humedad por sí solo no basta para predecir la seguridad o la estabilidad del producto. Para determinar si un producto es seguro o estable, también es necesario conocer su actividad del agua.

¿Qué es el contenido de humedad?

El contenido de humedad es, sencillamente, la cantidad de agua presente en un material. Se expresa como porcentaje del peso total del material (en base húmeda) o como porcentaje de la materia seca (en base seca).

Aunque ambos métodos miden el mismo material, ofrecen resultados diferentes porque utilizan pesos de referencia distintos. En el caso de la base húmeda, el peso de referencia es el peso total (agua + materia seca). En el caso de la base seca, el peso de referencia es únicamente la materia seca. Esto significa que los valores en base seca siempre serán superiores a los valores en base húmeda.

En los alimentos, el contenido de humedad influye en la textura, el peso, la viscosidad, el aspecto y la susceptibilidad al deterioro microbiano. La humedad suele ser el componente más abundante de los alimentos, lo que la convierte en una variable fundamental de su composición.

Cómo medir el contenido de humedad

El contenido de humedad se mide normalmente mediante uno de estos tres métodos principales:

• Pérdida por secado (también conocida como métodos termogravimétricos)
• Espectroscopia del infrarrojo cercano (NIR)
• Valoración de Karl Fischer

Cada método se basa en un principio diferente y es adecuado para distintos tipos de muestras.

1. Pérdida por secado

Este método consiste en medir el peso de una muestra antes y después del secado. La muestra se seca a una temperatura determinada hasta que alcanza una masa constante. El contenido de humedad se determina calculando la pérdida de peso sufrida durante el secado.

La pérdida por secado es un método analítico habitual para determinar el contenido de humedad en sólidos y semisólidos. El método del horno, descrito en los métodos 930.15, 935.29, 950.46, 984.25 de la AOAC y otros, es el más utilizado para medir la humedad en los alimentos, ya que requiere una infraestructura mínima.

Una desventaja de los métodos de secado en horno es que el calor utilizado para secar la muestra puede provocar la evaporación de otros compuestos volátiles, como los ácidos grasos de cadena corta y el alcohol. Esto significa que los métodos de secado en horno pueden sobreestimar el contenido de humedad en algunas muestras.

Los analizadores de humedad (también conocidos como balanzas de humedad) son una versión modernizada del método del horno que mide y registra automáticamente la pérdida de peso. Se utilizan ampliamente en el control de calidad porque son sencillos, rápidos y no requieren equipos de pesaje adicionales.

2. Espectroscopia del infrarrojo cercano

La espectroscopia NIR identifica la composición de los materiales basándose en cómo absorben y reflejan la luz en el espectro del infrarrojo cercano. El agua absorbe la luz NIR de formas características, por lo que el NIR puede utilizarse para estimar rápidamente el contenido de humedad.

Las principales ventajas de la tecnología NIR para la medición de la humedad son la rapidez (resultados en cuestión de segundos), el carácter no destructivo de los ensayos y la facilidad de implementación en línea o junto a la línea de producción durante el proceso de fabricación.

El NIR es un método de medición indirecto, lo que significa que calcula el contenido de humedad basándose en un modelo estadístico que ha sido entrenado con muestras conocidas. La precisión depende de la calidad y la pertinencia del modelo de calibración. Los sistemas NIR deben calibrarse para cada tipo de producto específico y validarse con respecto a un método de referencia antes de su implementación para el uso rutinario.

3. Valoración de Karl Fischer

La titulación de Karl Fischer es un método químico que mide de forma directa y específica el contenido de agua, incluso en concentraciones muy bajas. A diferencia de los métodos de horno, no se ve afectado por la presencia de otros compuestos volátiles.

La titulación de Karl Fischer es el método de referencia para determinar el contenido de humedad en muchos sectores, incluida la industria farmacéutica (según la norma USP 921). Es ideal para productos en los que se requiere una gran precisión o en los que el secado en horno resultaría impreciso o poco práctico.

Fórmulas para el contenido de humedad

La fórmula que utilices dependerá del método (en húmedo o en seco) que utilices para el informe.

Fórmula para calcular el contenido de humedad en base húmeda

Humedad en base húmeda (%) = [(peso húmedo – peso seco) / peso húmedo] x 100

La base húmeda es más habitual en los sectores alimentario y agrícola, ya que expresa el contenido de agua como una fracción del material tal y como se recibe. A veces también se denomina «humedad tal cual».

Fórmula para calcular el contenido de humedad en base seca

Humedad en base seca (%) = [(peso húmedo – peso seco) / peso seco] x 100

La humedad en base seca es habitual en la investigación y en sectores como el de los cereales y los piensos, donde es necesario comparar muestras con distintos niveles de humedad. Una consecuencia de expresar los valores en base seca es que estos pueden superar el 100 %, lo que a veces genera confusión.

Análisis más preciso de la humedad

Medir el contenido de humedad es un primer paso útil para caracterizar un material. Sin embargo, el contenido de humedad no permite determinar si el agua presente está en estado libre como para favorecer el crecimiento microbiano o provocar reacciones que deterioren la calidad.

Para ello es necesario medir la actividad del agua.

La actividad del agua (aw) indica el estado energético del agua presente en un material, es decir, en qué medida esa agua está disponible para actuar como reactivo o disolvente. Productos con el mismo contenido de humedad pueden presentar actividades del agua muy diferentes, y unas actividades del agua distintas implican diferentes riesgos de deterioro y comportamientos en cuanto a la vida útil.

Para caracterizar completamente la humedad de un producto, hay que medir tanto el contenido de humedad como la actividad del agua. Esta combinación proporciona información tanto sobre la cantidad como sobre la disponibilidad del agua, lo que permite tomar decisiones fundamentadas sobre la formulación, el procesamiento, el envasado y la vida útil.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el contenido de humedad?

El contenido de humedad es el porcentaje de agua presente en un material, expresado en relación con el peso total (base húmeda) o con el peso seco (base seca). Indica la cantidad de agua presente, pero no si esa agua está en condiciones de provocar el deterioro del producto o problemas de calidad.

¿El contenido de humedad es lo mismo que el contenido de agua en los alimentos?

En la ciencia de los alimentos, ambos términos se utilizan indistintamente, ya que ambos describen el porcentaje de agua en un material en relación con su peso. La distinción relevante no radica en los dos términos, sino en la base de cálculo: la base húmeda expresa el agua como porcentaje del peso total, mientras que la base seca la expresa como porcentaje únicamente de la materia seca.

¿Qué nivel de humedad hace que un alimento sea de larga duración?

No existe un umbral fiable de contenido de humedad para la estabilidad de conservación, ya que dos productos con el mismo contenido de humedad pueden presentar actividades del agua muy diferentes, dependiendo del grado de unión del agua a los azúcares, las sales o las proteínas. La actividad del agua —y no el contenido de humedad— es el parámetro que permite predecir si se producirá crecimiento microbiano, deterioro o degradación de la textura.

¿Puedo comparar los valores de contenido de humedad de dos proveedores diferentes si utilizan métodos distintos?

No de forma fiable, ya que los distintos métodos miden aspectos diferentes y no son intercambiables sin un factor de conversión validado. Incluso si ambos proveedores utilizan métodos directos —uno mediante secado en horno de aire y el otro mediante el método Karl Fischer—, obtendrán resultados sistemáticamente diferentes para el mismo producto.

¿Es el contenido de humedad por sí solo lo que determina si un producto alimenticio es seguro desde el punto de vista microbiológico?

No, porque el contenido de humedad no permite distinguir entre el agua que está fuertemente ligada a los solutos y el agua libre que favorece el crecimiento microbiano. La actividad del agua es el parámetro que determina el riesgo microbiano, y es en torno a ella en torno a la que se basan las normativas de seguridad alimentaria como la FSMA.