Actividad acuática 101: Domina los conceptos básicos

¿Qué es la actividad del agua? ¿Es lo mismo la actividad del agua que el contenido de humedad? ¿Cómo se mide la actividad del agua? ¿Se puede reducir la actividad del agua?

Estas son algunas de las preguntas más fundamentales en lo que respecta a la actividad del agua. Para responderlas —y a muchas otras— hemos recopilado las opiniones del Dr. Brady Carter y el Dr. Nate Olson, expertos en actividad del agua de Decagon, con el fin de ofrecerte una visión general completa de los conceptos básicos sobre la actividad del agua. Sus respuestas se han transcrito del seminario web «Water Activity 101».

¿Qué es la actividad del agua?

La actividad del agua es la relación entre la presión de vapor del agua presente en una sustancia y la presión de vapor del agua pura a una temperatura determinada. En una escala de 0 a 1,0, es una medida de la disponibilidad o «libertad» de esa agua dentro de una sustancia.

Un valor de aw igual a 0 significa que no hay agua libre, y un valor de aw igual a 1,0 equivale a la presión de vapor del agua pura. La actividad del agua no es la cantidad de agua presente en una sustancia, sino el estado energético del agua. Existe una diferencia fundamental entre ambos conceptos, que veremos más adelante.

¿Por qué nos importa la actividad del agua?

La actividad del agua es importante porque el agua puede provocar numerosos tipos de cambios en un producto. La presencia y disponibilidad de agua pueden dar lugar a:

• Crecimiento microbiano (bacterias, moho, levaduras)
• Cambios químicos (paredumbre no enzimática)
• Cambios físicos (apelmazamiento, fluidez, cambios en la textura)

Conocer la actividad del agua de un producto permite comprender en gran medida su estabilidad y seguridad. Conocer la actividad del agua permite a los formuladores y fabricantes controlar y prolongar la vida útil del producto, así como garantizar su seguridad.

Medición de la actividad del agua

El instrumento más habitual para medir la actividad del agua es el medidor de punto de rocío con espejo refrigerado (por ejemplo, el AQUALAB 4TE).

Un instrumento de punto de rocío con espejo enfriado funciona colocando la muestra en una cámara sellada en la que un pequeño ventilador eléctrico hace circular el aire. Dentro de la cámara hay un espejo que se enfría hasta que se forma rocío en su superficie. En el momento en que se produce la condensación, el instrumento registra la temperatura del aire por encima de la muestra y la temperatura del espejo. Estos dos valores se utilizan para calcular la presión de vapor, que a su vez se emplea para determinar la actividad del agua.

Otros instrumentos para medir la actividad del agua son los sensores electrónicos y el método isopiésico (o gravimétrico). A efectos de esta introducción, nos centraremos en el medidor de punto de rocío con espejo refrigerado.

La temperatura ideal para medir la actividad del agua es de 25 °C, que es también la temperatura a la que el instrumento realiza, por defecto, su corrección automática de temperatura. Muchos medidores de actividad del agua AQUALAB pueden proporcionar una lectura en unos cinco minutos con una precisión de +/- 0,003 aw.

Actividad del agua frente al contenido de humedad

Estas dos medidas no son lo mismo. A continuación te explico en qué se diferencian:

Contenido de humedad: la cantidad de agua presente en una sustancia, expresada como porcentaje del peso total del material (en base húmeda) o como porcentaje de la materia seca (en base seca).

Actividad del agua: el estado energético del agua en una sustancia, expresado como una relación entre las presiones de vapor.

No existe una relación universal entre el contenido de humedad y la actividad del agua. Por eso, la actividad del agua es el mejor indicador para predecir el comportamiento y la estabilidad de un producto.

A modo de ejemplo, pensemos en el agua pura y en una solución salina saturada. Ambas tienen el mismo contenido de humedad —el 100 % de agua—, pero sus actividades de agua son diferentes. El agua pura tiene una actividad de agua de 1,0, mientras que una solución salina saturada (aunque siga estando compuesta principalmente por agua) tiene una actividad de agua inferior a 1,0, ya que los iones de la solución salina interfieren en el libre movimiento de las moléculas de agua.

Existen algunas similitudes. A medida que aumenta el contenido de humedad de un producto, la actividad del agua suele aumentar también. Sin embargo, la relación entre ambos factores depende de cada producto concreto y no es universal.

Isotermas de sorción

En el ámbito de la actividad del agua, una isoterma de sorción es un gráfico que representa el contenido de humedad en función de la actividad del agua a una temperatura constante.

Las isotermas de sorción tienen dos aplicaciones principales en la ciencia de los alimentos:

1. Comprender cómo interactúa un producto con la humedad (selección del envase, vida útil).
2. Comprender y predecir los atributos de calidad: desde la textura hasta la estabilidad y la vida útil.

Para trazar una isoterma de sorción es necesario medir una serie de valores de actividad del agua y contenido de humedad para un producto y una temperatura concretos, y luego representar gráficamente esos datos. La forma de la isoterma de sorción depende del producto.

Algunos productos presentan isotermas en forma de S (sigmoides). Otros son más lineales. La forma de la isoterma está relacionada con la afinidad de unión del producto por el agua.

Las isotermas de sorción muestran la relación entre el contenido de humedad y la actividad del agua de un producto concreto, no la relación entre un producto y otro. Si se tienen dos productos, cada uno con una isoterma de sorción diferente, y se mezclan, la actividad del agua final de la mezcla dependerá de las actividades del agua de cada uno de los componentes, no de sus contenidos de humedad.

El efecto de la temperatura

La actividad del agua varía con la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la actividad del agua. La relación depende del producto concreto, pero, en general, un aumento de 10 °C en la temperatura se corresponde con un aumento de la actividad del agua de aproximadamente 0,03 aw.

El efecto de la temperatura sobre la actividad del agua es un factor importante que hay que tener en cuenta durante el procesamiento y el almacenamiento. Si un producto se elabora a alta temperatura y luego se enfría, la actividad del agua disminuirá a medida que baje la temperatura. Esto puede provocar condensación, lo que a su vez puede causar apelmazamiento, formación de grumos y otros problemas de calidad.

Actividad del agua y crecimiento microbiano

La actividad del agua guarda una relación directa con el crecimiento microbiano. Cada tipo de microorganismo tiene un nivel mínimo de actividad del agua por debajo del cual no puede crecer.

Umbrales habituales de actividad del agua para el crecimiento microbiano:

• 0,97: bacterias como Clostridium botulinum E y Pseudomonas fluorescens
• 0,95: bacterias como Salmonella spp., E. coli
• 0,91: la mayoría de las bacterias, incluido el Bacillus subtilis
• 0,87: Staphylococcus aureus (aeróbico)
• 0,70–0,85: la mayoría de los moldes
• 0,60: límite inferior de todo crecimiento microbiano

Estos valores constituyen los requisitos mínimos para el crecimiento microbiano. Si un producto tiene una actividad del agua inferior al requisito mínimo para un microorganismo determinado, dicho microorganismo no puede crecer.

La actividad del agua en acción

Ya hemos mencionado anteriormente que la actividad del agua es importante para el crecimiento microbiano, los cambios químicos y los cambios físicos. Veamos cómo se utiliza la actividad del agua en la práctica para controlar estas variables:

Crecimiento microbiano: al diseñar un producto con una actividad del agua inferior al requisito mínimo para los patógenos, los formuladores pueden crear productos que se conservan a temperatura ambiente sin necesidad de refrigeración. La FDA utiliza una actividad del agua de 0,85 como umbral por debajo del cual no es necesario refrigerar un producto por motivos de seguridad.

Cambios químicos: la actividad del agua influye en la velocidad del oscurecimiento no enzimático, la oxidación de los lípidos y otras reacciones químicas. Comprender la relación entre la actividad del agua y las reacciones químicas ayuda a los formuladores a optimizar la vida útil y la estabilidad del sabor.

Cambios físicos: la actividad del agua influye en propiedades físicas como la textura, la tendencia a apelmazarse y la fluidez del polvo. Comprender cómo la actividad del agua afecta a estas propiedades ayuda a los fabricantes a elaborar productos con características físicas uniformes.

La actividad del agua es una herramienta fundamental en el arsenal del formulador para diseñar productos con una seguridad, estabilidad y calidad predecibles. Al comprender y controlar la actividad del agua, los fabricantes pueden elaborar mejores productos con una vida útil más larga y menos defectos de calidad, lo que contribuye a reducir el desperdicio de alimentos y a mejorar la sostenibilidad. Los investigadores también utilizan la actividad del agua como base para predecir el crecimiento microbiano, mantener la estabilidad física y química, formular productos y predecir la vida útil.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se mide la actividad del agua en los alimentos?

La actividad del agua se mide sellando una pequeña muestra en una cámara cerrada y leyendo la humedad relativa de equilibrio del espacio de cabeza, que equivale a la actividad del agua de la muestra en equilibrio. Los instrumentos más precisos utilizan un sensor de punto de rocío de espejo refrigerado —como el AQUALAB 4TE—, que proporciona una lectura en unos cinco minutos sin necesidad de calibración con respecto a patrones de referencia.

¿Qué nivel de actividad del agua indica que un producto alimenticio es de larga duración?

La FDA utiliza un valor de aw de 0,85 como umbral por debajo del cual, por motivos de seguridad, no suele ser necesario refrigerar un producto; los productos que se sitúan en este nivel o por debajo se consideran estables a temperatura ambiente frente a la mayoría de los patógenos. El crecimiento de moho se detiene por debajo de un valor de aw de 0,70, y no se produce ningún tipo de crecimiento microbiano por debajo de un valor de aw de 0,60, razón por la cual los aperitivos de baja humedad y los productos deshidratados se elaboran para mantenerse en ese rango.

¿Influye la temperatura en las lecturas de la actividad del agua?

Sí, la actividad del agua aumenta a medida que sube la temperatura, ya que las moléculas de agua más calientes generan una mayor presión de vapor, lo que significa que el mismo producto medido a 25 °C presentará una actividad del agua más alta que a 15 °C. Las mediciones siempre deben indicarse junto con la temperatura de medición, y los medidores AQUALAB aplican una corrección automática de la temperatura de forma predeterminada.

¿Puede la actividad del agua predecir reacciones químicas como el oscurecimiento o la oxidación de los lípidos?

Sí: la actividad del agua determina directamente la velocidad del pardeamiento no enzimático, la oxidación de los lípidos, la degradación de las vitaminas y las reacciones enzimáticas en los alimentos. La mayoría de las velocidades de degradación química son más bajas cuando la actividad del agua se sitúa entre 0,2 y 0,4, y aumentan significativamente por encima de una aw de 0,6, lo que convierte a la actividad del agua en una variable clave para predecir la estabilidad del sabor, la estabilidad del color y la retención de nutrientes, además de la seguridad microbiológica.

¿Regula la FDA la actividad del agua?

Sí, la FDA utiliza la actividad del agua como parámetro de control en virtud del título 21 del CFR, parte 117, y de los controles preventivos de la FSMA, con un valor de aw de 0,85 como umbral por debajo del cual, por motivos de seguridad, no suele ser necesario refrigerar el producto. Los fabricantes que utilicen la actividad del agua como control preventivo deben validar los valores objetivo, definir los procedimientos de seguimiento y documentar la verificación del producto terminado.

Referencias

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