Pero quizá no hayas visto los peligros que puede causar el polvo en otros ámbitos. Estos problemas menos visibles y menos conocidos pueden ser muy graves, como los riesgos para la salud y las retiradas de productos. Ignóralos bajo tu propia responsabilidad.

Únase a Mary Galloway, directora del Laboratorio de I+D Alimentario de METER, y al Dr. Zachary Cartwright, científico alimentario jefe, mientras presentan los nuevos resultados de sus investigaciones y analizan las numerosas razones por las que los polvos se comportan de forma inadecuada.

Aprenderás:

• ¿Cuántas empresas tergiversan accidentalmente los beneficios funcionales de sus productos alimenticios?
• Los riesgos microbianos de los alimentos con bajo contenido de humedad y los peligrosos conceptos erróneos sobre ellos.
• La multitud de factores que influyen en la estabilidad del polvo y cuáles son los más importantes a tener en cuenta.
• Cómo identificar dónde se producirán los problemas con el polvo y cómo prevenirlos antes de que aparezcan.

Acerca de los presentadores

Mary Galloway es directora del Laboratorio de Investigación y Desarrollo Alimentario METER. Está especializada en el uso y ensayo de instrumentos que miden la actividad del agua y su influencia en las propiedades físicas. Ha trabajado con docenas de las marcas alimentarias más grandes y exitosas del mundo para resolver problemas relacionados con la humedad en los productos.

El Dr. Zachary Cartwright es científico jefe especializado en alimentación en METER Group. Tiene un doctorado en Ciencias de la Alimentación por la Universidad Estatal de Washington y una licenciatura en Bioquímica por la Universidad Estatal de Nuevo México. Es experto en análisis isotérmico y en el uso del analizador de sorción de vapor (VSA).

Transcripción, editada para mayor claridad.

Zachary:

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

María:

Y yo soy Mary Galloway.

Zachary:

Comencemos con un breve resumen de lo que podemos esperar hoy. Vamos a hablar sobre qué son los polvos, intentaremos darles una definición y, a continuación, nos centraremos principalmente en tres aspectos diferentes de los polvos. Analizaremos la estabilidad física, como el apelmazamiento, la formación de grumos y la pérdida de fluidez. Mary tiene algunos datos de laboratorio que compartirá con nosotros y, a continuación, pasaremos a la estabilidad química, pensando en la rancidez o las reacciones de oscurecimiento. Creo que también tienes algunas investigaciones que compartir con nosotros.

María:

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

Zachary:

Por último, analizaremos la estabilidad microbiana. Aunque se trata de un entorno con baja actividad hídrica, sigue habiendo algunos problemas microbianos, y creo que usted estaba trabajando en un artículo o fue citado en un artículo en el que nos centraremos.

Polvos 101: Fundamentos y definiciones

Zachary:

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

María:

Bueno, la mayoría de la gente sabe lo que es un polvo en teoría, porque los encontramos en muchos sitios. Cuando hablamos de esto antes, el mercado era importante. Cuando hablamos de la categoría de los polvos, podríamos incluir especias, ingredientes. La industria farmacéutica también usa la palabra para excipientes y API, y tienen muchas funciones diferentes.

Básicamente, un polvo es un producto granular de pequeño tamaño. Encontramos una buena definición en un artículo de Bandari de 2017. Parafraseando, habla de la estructura como la definición principal de un polvo. Amorfo, cristalino o combinaciones de ambos. La forma en que interactúan ambos 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 tantos mercados y grupos funcionales diferentes.

Zachary:

Hemos realizado un seminario web anterior sobre polvos en el que profundizamos un poco más en el análisis de los polvos amorfos y cristalinos. Básicamente, desde el punto de vista de la estructura molecular, existen algunas diferencias clave. Una estructura cristalina tendrá una estructura repetitiva bien definida. Eso es algo que se puede observar a nivel molecular. Incluso a simple vista, se pueden apreciar estas diferencias en los polvos, y tenemos algunas cifras que lo demuestran.

La última vez hablamos sobre la mezcla de estos polvos y analizamos algunos de los efectos combinados. Si le interesa saber más al respecto, puede volver a ver nuestro seminario web anterior. También hablamos sobre el tamaño de las partículas, y me gustaría profundizar un poco más en ese tema. ¿Cómo afecta el tamaño de las partículas a algunas de las características de los polvos?

María:

El tamaño de las partículas tiene un gran impacto en las características y los polvos, y es la razón por la que pueden ser tan difíciles. Cuando se tiene un tamaño de partícula pequeño, se pueden producir puentes entre las partículas que no se prevén, y entonces pueden empezar a volverse pegajosas y aglomerarse, entre otras cosas.

Hay algunos aspectos además del tamaño general de las partículas. La forma de las partículas también es un factor importante. Se han realizado algunas investigaciones que indican que, al mezclar polvos cristalinos, se produce lo que denominamos delicuescencia, que básicamente consiste en pasar de un estado sólido a uno líquido antes de lo que cabría esperar de cualquiera de los polvos por separado. El motivo es que las partículas tienen tamaños diferentes.

Siempre que se producen estos puntos de contacto, pueden surgir problemas y dificultades. Los polvos cristalinos pueden ser especialmente complicados porque, como usted ha dicho, tienen una estructura muy ordenada, lo que significa que la humedad solo se adhiere esencialmente al exterior de la estructura. Se trata solo de una interacción superficial, a diferencia de lo que ocurre con un polvo amorfo, que tiene muchas grietas y formas y tamaños irregulares, por lo que el agua se une más fácilmente al amorfo. Eso los hace funcionalmente diferentes, pero también influye a la hora de utilizarlos como formulador.

Zachary: La última vez que hablamos, analizamos las cinco etapas de la aglomeración. Hay varios pasos para llegar a la aglomeración y, finalmente, a la licuefacción.

No es necesario que los repasemos hoy, pero sí quiero señalar que la formación de grumos y aglomeraciones puede comenzar 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 qué es el contenido de humedad y la actividad del agua y hablar de cómo podemos utilizar estos conceptos conjuntamente para pensar en los cambios físicos y la estabilidad química y microbiana.

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

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. Una es la que nos permite ver la cantidad de agua, o el contenido de humedad. La otra es la que nos permite ver la energía del agua: ¿qué es capaz de hacer el agua? Las medimos de formas completamente diferentes.

Cuando analizamos el contenido de humedad, se trata de un porcentaje en masa, por lo que solo estamos analizando el peso. Sin embargo, cuando analizamos la actividad del agua, en realidad estamos midiendo lo que denominamos presión de vapor, que es similar a la humedad que desprende una muestra.

Si desea consultar algunas de nuestras investigaciones y otros seminarios web, hablamos sobre la actividad del agua. Puede resultar útil tener en cuenta que nos referimos básicamente a la humedad equilibrada que desprende la muestra, lo que puede ayudar a comprender mejor estos dos conceptos. También es importante tener en cuenta y supervisar cómo algunas condiciones externas y ambientales pueden afectar al producto.

Zachary:

Buen punto. Todavía veo con bastante frecuencia que se define erróneamente que la actividad del agua es la disponibilidad de agua, y eso no es exactamente correcto. La actividad del agua es un principio termodinámico. En realidad es la energía de esa agua, y es importante saberlo porque la energía del agua se puede utilizar para una reacción química, un cambio de textura o cualquier otra cosa. Es bueno centrarse en ese punto. Estamos analizando la energía del agua con la actividad del agua.

Tenemos clientes que acuden a nosotros constantemente y que tienen un buen historial en cuanto al contenido de humedad, pero les cuesta mucho obtener una medición precisa. Como no pueden ser precisos con el contenido de humedad, les resulta difícil relacionar algunos de los problemas a los que se enfrentan con el contenido de humedad. El contenido de humedad por sí solo no le proporcionará toda la información que necesita, especialmente en el caso de los polvos.

Al combinar la actividad del agua y el contenido de humedad, podemos observar la isoterma, 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 comporta 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:

Una de las formas en que utilizamos las isotermas es para definir un punto crítico, una actividad crítica del agua en la que empezaremos a observar cambios en la textura y otros cambios en la estructura del producto. Básicamente, ¿en qué momento empieza a cambiar y a absorber mucha más humedad? Por lo general, si hablamos de un polvo, ese es el momento en el que empezaremos a observar apelmazamiento y aglutinación. Si tenemos algún otro producto, como un aperitivo, puede empezar a ablandarse, por lo que esos 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 hemos hablado de amorfa frente a cristalina. Podemos observar eso. También podemos exponer estas muestras al aire húmedo y ver básicamente en tiempo real cómo se comportan, lo que nos permite obtener mucha información útil sobre ese producto que puede ser útil para un cliente.

Zachary:

Es importante señalar que contamos con un método único denominado «isoterma dinámica del punto de rocío», que es la mejor forma de obtener un gráfico o una imagen de alta resolución del comportamiento del agua. Existen otros métodos de los que hablaremos más adelante, pero el uso de la isoterma dinámica del punto de rocío y del analizador de absorción de vapor es la mejor manera de caracterizar el agua y, a continuación, examinar algunos de los factores que vamos a tener en cuenta, empezando por la estabilidad física. En la siguiente sección, hablaremos de la estabilidad física y de lo que 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 y los polvos, hay tres factores principales que debemos tener en cuenta: la humedad, la temperatura y el tiempo. Les dejaré profundizar en ellos y añadiré más información según sea necesario.

María:

En cuanto a la humedad, básicamente, si tenemos más disponibilidad de humedad, tendremos más procesos que cambiar, más estructura que cambiar. Cuando hablabas del DDI, lo primero que pensé fue en términos de leche en polvo secada por atomización, donde pasamos de un estado vítreo a un estado gomoso.

Ahora bien, si utilizáramos un estilo diferente y más tradicional de isoterma, en realidad nos perderíamos esa transición porque, en esencia, la salta. Normalmente se mantienen las cosas a determinadas humedades y se observa qué sucede. Pero en el DDI, es un proceso en tiempo real y se pueden ver estas transiciones a medida que ocurren. Esto es lo que quiero decir específicamente cuando hablo de utilizar las isotermas para poder ver los datos en tiempo real y cuándo comienzan a producirse esos puntos críticos. La humedad tiene un gran impacto en esos procesos porque el agua tiende a acelerarlos.

Puede ser un disolvente, puede ser un reactivo e incluso puede actuar como tampón en las reacciones químicas. A veces, las funciones cambian a medida que avanza el proceso o se añade más humedad al mismo, y entonces se pueden observar diferentes velocidades de reacción que realmente cambian. Además de la humedad, también queremos tener en cuenta la temperatura. Tenemos un gráfico que nos gusta mostrar porque es una forma estupenda de expresar cómo ese punto crítico que hemos estado mencionando cambiará a medida que añadimos calor o aumentamos la temperatura a un producto. Lo que ocurre, y tiene sentido si lo piensas bien, es que ese cambio se produce más rápidamente. Se está añadiendo energía al sistema, y ese sistema fluye más rápido. Estos cambios se producen con una menor actividad del agua o más rápidamente en ese proceso.

Lo último es el tiempo. Si le das tiempo suficiente a un proceso, va a cambiar. Incluso si pudieras mantener las otras cosas a temperatura y humedad estables, si le dieras tiempo suficiente, sucedería. El otro día estaba pensando en este ejemplo. Si tienes ventanas de cristal antiguas y mides la parte superior e inferior de ellas, verás que la parte inferior es más gruesa que la superior, y eso se debe a que han tenido mucho tiempo para fluir. Esa es la idea: si le das a algo un proceso lo suficientemente largo, llegará a completarse. Los tres factores influyen en la estabilidad física.

Zachary:

También es importante tener en cuenta que, dependiendo de su pregunta, existen diferentes métodos o diferentes tipos de isotermas que puede utilizar. Volviendo a la isoterma dinámica del punto de rocío, puede utilizarla para encontrar ese punto crítico y comprender exactamente qué actividad del agua o qué combinación de humedad relativa y temperatura provocarán ese efecto. Una vez que sepa dónde se encuentra ese punto crítico, también puede realizar una prueba DVS, una prueba dinámica de absorción de vapor, para responder a la pregunta sobre el tiempo.

Volviendo al ejemplo de la ventana, ¿cuánto tiempo se tardará en alcanzar realmente este punto crítico en determinadas condiciones? Tenemos una forma de responder a esa pregunta. Contamos con nuestro analizador de absorción de vapor, que permite realizar ambos métodos, lo cual es único y, de hecho, es el único instrumento capaz de hacerlo. Si tiene un problema de estabilidad física, disponer de ambos tipos de pruebas puede resultar eficaz.

Ahora pasemos a tu 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 desplaza debido a las diferencias en la actividad del agua. La pregunta es: ¿cuánto se desplaza? ¿Podemos predecirlo y cuál es la precisión de la predicción? Disponemos de una herramienta. Sin duda, existen ecuaciones que intentan modelar esa interacción entre productos. Lo que hicimos para nuestro proyecto fue, básicamente, tomar seis mezclas diferentes, algunas especias, otras con maltodextrina en sorbitol, almidón de maíz y sal de cebolla, y luego algunas especias, salvia, orégano y comino. Las mezclamos todas. En primer lugar, hicimos que todas tuvieran una actividad acuosa muy específica. A continuación, también realizamos isotermas con todos esos ingredientes, ya que ese es un factor importante, no solo la actividad acuosa inicial o la proporción de masa en la sangre, sino también las características de esa isoterma y cómo se comporta en presencia de humedad.

Queremos saber cómo lo absorben o no, o como sea. Necesitamos conocer esa información sobre el producto para poder elaborar un buen modelo predictivo. Hicimos esto y luego los mezclamos en proporciones de masa conocidas. A continuación, medimos para ver exactamente cuál era la actividad del agua después de darles tiempo para equilibrarse. Luego también hicimos la predicción, y los resultados fueron 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, la hicimos con un gramo, pero la tuvimos a una actividad del agua más baja. Verán allí que comenzó con una actividad del agua de 0,35, y luego lo mezclamos y la actividad real del agua de nuestra mezcla fue de 0,429.

‍

Cuando ejecutamos el modelo previsto que tenía en cuenta las isotermas, la masa inicial y las actividades iniciales del agua, predijimos que la actividad final del agua sería de 0,431, por lo que el resultado fue extremadamente cercano. Funcionó bien. En realidad, tienen un tamaño de partícula fino, por lo que tienen muchos contactos, por lo que se obtiene un equilibrio más rápido. No fue una gran sorpresa, pero fue agradable que funcionara tan bien. Se puede ver en algunos de nuestros otros ejemplos que funcionaron muy bien. También probamos con maltodextrina y sorbitol. Variamos las cantidades y variamos el punto de partida. Uno era más alto que el otro, y luego lo intercambiamos. Intentamos hacer varias combinaciones para probarlo un poco. Luego también probamos con las especias en la parte inferior: salvia, comino y orégano.

Funcionaron bastante bien. El peor escenario posible en la configuración fue el último ejemplo. Quizás no debería decirlo, pero el científico que hay en mí me dice que debo hacerlo. Verán que nuestra predicción era de 0,35 de actividad del agua, mientras que la real fue de 0,395. Fue aproximadamente 0,05 más baja. Solo quería hablar de cómo funciona esto y luego de las comparaciones que hicimos.

Aquí verás todas las isotermas para la salvia, el comino, el orégano, un modelo combinado, es decir, donde juntamos todo. También quería mostrar dónde 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 relaciones de masa. Una vez que lo pusimos todo ahí, se puede ver que obtuvimos una actividad final del agua de 0,349.

Ahora bien, lo importante es que lo estamos haciendo 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 lo conseguimos, obtuvimos nuestra predicción, que fue bastante acertada, lo cual me satisfizo mucho. El tamaño de las partículas, quizás con las especias, al no tener un contacto tan bueno, es posible que si las hubiéramos dejado juntas más tiempo, hubiéramos obtenido un resultado ligeramente diferente. Pero quedé muy satisfecho con el resultado que obtuvimos. También quería tomar esto y mirarlo desde otro punto de vista.

Modelamos la isoterma como se muestra aquí en la línea roja, pero luego quise compararla con la isoterma real porque, después de mezclar esta combinación, realizamos una isoterma para ver qué podíamos hacer. A partir de ahí, se pueden ver las diferencias entre la isoterma real y la modelada, y coinciden muy bien, especialmente en el área de interés que estamos analizando. Si buscamos especias, tal vez entre 0,2 y 0,4, es donde suelen encontrarse en el rango de actividad del agua. Se puede observar que encajan muy bien. Estoy muy satisfecho con los datos de nuestro estudio. Como he dicho, este es el peor caso que hemos tenido. El resto, de hecho, tuvo resultados mucho mejores.

Zachary:

Solo quiero dar un paso atrás y pensar en la aplicación real de esto. Hablo constantemente con científicos que están sometidos a una gran presión para sacar nuevos productos al mercado lo más rápido posible. Si se utiliza este tipo de modelización para una mezcla de ingredientes secos, es una forma rápida de obtener mucha información sobre el producto final incluso antes de fabricarlo. Lleva un poco de tiempo crear una biblioteca y disponer de isotermas para cada ingrediente, pero una vez hecho esto, puedes sentarte frente al ordenador y comprender muy rápidamente cuál será la actividad del agua en equilibrio. Con nuestro nuevo programa del 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 ti. Usted ha mencionado esas ecuaciones y hay ecuaciones en segundo plano, pero en lugar de tener que crear su propia hoja de cálculo o hacerlo todo usted mismo, todo ese trabajo se hace por usted y le resulta fácil saber cuál será la actividad del agua en equilibrio.

Ahora también puede obtener los coeficientes para ese modelo que ha mencionado. Con esos coeficientes, puede empezar a plantearse preguntas como: ¿cuál es la vida útil prevista?, ¿cuánto tiempo tardará en alcanzar una actividad crítica del agua? o ¿qué tipo de envase debo utilizar? Hay muchas cosas que puede hacer si se toma el tiempo de examinar estas isotermas y comprender exactamente cómo puede utilizar estos datos para responder a muchas preguntas diferentes. Solo 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 estas herramientas para acelerar su producción.

María:

Buen punto. También quería añadir que, una vez que se tienen las isotermas, puedo volver a ejecutar esta predicción una y otra vez. Puedo cambiar cualquier parte y volver a ejecutarla en cuestión de segundos. Por ejemplo, podría cambiar la proporción de masa si descubrimos que no nos gusta especialmente esta mezcla o no nos gusta su fluidez o algo así, o tal vez el sabor no es bueno. Quizás tiene demasiado comino o algo así. Se puede ajustar esa receta, y se puede hacer simplemente en el software. O pongamos como ejemplo que en seminarios web anteriores hemos hablado de la estacionalidad, de cómo puede cambiar los ingredientes que se reciben.

La actividad del agua tiende a ser mayor en verano y menor en invierno. Es importante controlar lo que se recibe cuando llega, para evitar sorpresas y que entre humedad en el producto que no se había previsto ni se deseaba. Eso es algo que se puede cambiar aquí. Se puede cambiar la actividad inicial del agua de cualquiera de estos productos y luego volver a ejecutar la predicción. Una vez obtenida esa información, se pueden hacer muchas cosas manipulándola.

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 hay que pensar si el polvo ofrece 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 se observa el diagrama de estabilidad, hay diferentes puntos en ese diagrama en los que las tasas de degradación o las tasas de reacción van a cambiar, por ejemplo, alrededor de 0,6 de actividad del agua, podría producirse un aumento de las reacciones de oscurecimiento. A actividades hídricas muy bajas, es donde vemos que la oxidación de los lípidos comienza a aumentar.

Solo hay que ser consciente de cómo la actividad del agua afecta a las velocidades de reacción y qué reacciones están relacionadas con el fin de la vida útil. Sé que recientemente has trabajado en un experimento con vitamina C y has estudiado cómo se relaciona con esa actividad. ¿Puedes explicar este experimento y lo que has descubierto?

María:

Las velocidades de reacción química son un poco más complicadas de seguir, pero si se pueden seguir, es factible. Para poder seguir las velocidades de reacción, podemos utilizar esa información para predecir la vida útil y, básicamente, el momento en que se alcanza un punto en el que consideramos que la vida útil ha terminado. Nuestro estudio se centró en el ácido ascórbico y, básicamente, lo expusimos a dos actividades acuáticas diferentes y tres temperaturas diferentes. A continuación, hicimos un seguimiento de su degradación mediante UV-Vis y pudimos calcular esas velocidades.

Una de las partes fundamentales de esto es que utilizamos la ecuación de Arrhenius, que es muy común en este tipo de reacciones. Básicamente, se relaciona una velocidad con una temperatura y una energía. Ya sabemos que podemos relacionar la energía específicamente con la actividad del agua.

Realizamos un estudio en el que comenzamos en el momento cero y, a lo largo de un período de varios días o semanas, exponemos el ácido ascórbico a una comunidad y temperatura específicas, observamos cómo cambia y luego lo representamos gráficamente. Este es nuestro estudio. Básicamente, queremos saber cómo la temperatura y la actividad del agua afectan a la velocidad de degradación. Tenemos aquí estos gráficos temporales que mostramos en el gráfico. Tenemos nuestras actividades del agua en 0,76 y 0,948, y las temperaturas que utilizamos, y estamos llevando a cabo estos estudios de forma acelerada. Tenemos 30 °C, 40 °C y 50 °C. Básicamente, lo introducimos en la calculadora y utilizamos la ecuación de Arrhenius para ayudar a extraer la información y correlacionarlo todo. Una vez que tenemos todos nuestros datos y los datos del estudio, podemos indicar al programa específicamente cuál es nuestro interés.

¿Qué temperatura nos interesa? ¿Qué actividad del agua nos interesa? Entonces también tenemos que definir en el estudio dónde vamos a poner fin a 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. Básicamente, perderíamos el 25 % de nuestra vitamina C y entonces consideraríamos que se ha alcanzado el final de la vida útil. Si eres formulador o fabricante y tienes una vitamina como la que mencionabas, tienes que hacer declaraciones sobre la cantidad de vitamina o la potencia de tu producto. Basarías el final de la vida útil en ese valor.

Una vez que introducimos toda esa información, se puede calcular la vida útil. En nuestro caso, con el ácido ascórbico, si nos interesa a 30 °C y vamos a tener una actividad del agua de alrededor de 0,8, que es bastante alta, pero un cuarto de baño con vapor podría alcanzarla. Lo cual es relevante para una humedad relativa de alrededor del 80 %. Como dije antes, el 75 % será el límite. Tendríamos 62 días antes de que este ácido ascórbico dejara de ser lo suficientemente potente.

Así es básicamente cómo funciona la estabilidad química. Solo tenemos que hacer un seguimiento y, si eres capaz de medirla, entonces puedes realizar este estudio.

Zachary:

Una vez más, se trata de otra herramienta del kit de herramientas de análisis de humedad, específica para la estabilidad química. Aunque recopilar los datos puede llevar algún tiempo, una vez que se han recopilado, es fácil representarlos gráficamente en el kit de herramientas. Acaba de demostrar que se puede introducir la actividad inicial del agua, la temperatura de interés y, a continuación, definir cuál es el final de la vida útil y obtener rápidamente los cálculos. Aunque puede llevar algún tiempo configurar un estudio, y estos son estudios que podemos realizar o también podemos guiar a los clientes a través del uso de cámaras de humedad, una vez que se han recopilado los datos, hay mucha flexibilidad con los cálculos y se pueden obtener muchos conocimientos. En su caso, nos centramos específicamente en la vitamina C, pero esto podría aplicarse a cualquier cosa que podamos medir, cualquier cosa a la que podamos asignar un valor.

María:

Funciona en ambos sentidos. En este caso, podría tratarse de la tasa de degradación, pero también podría tratarse de un aumento de algo, como una reacción de oscurecimiento o algo similar, que aumentara con el tiempo y que fuera lo que acortara la vida útil. Quizás se tratara de un valor de color específico. No importa, siempre y cuando se pueda medir. Si hay alguna forma de realizar un seguimiento de ese cambio, se puede convertir en una tasa y obtener gráficos como este.

Zachary:

Hoy en día hay tantos suplementos nutricionales y tantos productos en polvo que el uso de este tipo de herramienta podría ayudarles a comprender cuál es su objetivo de actividad acuosa o las condiciones de conservación, o qué es lo que acaba con su vida útil. ¿Qué porcentaje de pérdida de una determinada vitamina o cómo pueden hacer esa afirmación que aparece en su etiqueta? ¿Cómo pueden estar seguros? Esta es una buena forma de hacerlo.

María:

Una vez más, el ejemplo que tienes ante ti podría cambiar tu interés, podrías cambiar tu interés. Podrías cambiar la temperatura y la actividad del agua que te interesa o incluso la cantidad que deseas al final. Todo eso se puede cambiar fácilmente y solo hay que volver a ejecutar la predicción.

Caracterización de la estabilidad microbiana de los polvos

Zachary:

Por último, la estabilidad microbiana. Muchos polvos tienen una baja actividad acuosa y, a veces, la gente no se da cuenta de que eso puede suponer un riesgo para la seguridad. Es decir, los polvos pueden contener microorganismos preocupantes y, aunque sean seguros, no son necesariamente estériles. Una vez que se rehidrata un polvo, si hay esporas o microorganismos preocupantes, es entonces cuando pueden empezar a surgir problemas de seguridad. Tengo entendido que recientemente ha colaborado en un artículo y me gustaría que nos hablara de su contenido.

María:

Lo has dicho perfectamente. Existe la idea de que si un alimento tiene un bajo contenido en humedad, no hay que preocuparse por el crecimiento microbiano y no es necesario conocer su actividad acuosa, pero, lamentablemente, ha habido muchos casos de retirada de alimentos con bajo contenido en humedad en los que se han producido brotes de E. coli y salmonela, como en la mantequilla de cacahuete o la harina, cosas así, o la leche maternizada. Es desalentador. Eso es precisamente lo que ocurre: la actividad del agua es una forma excelente de limitar el crecimiento microbiano. Si la actividad del agua es inferior a 0,6, no crece nada. Eso da una falsa sensación de seguridad. Mi producto tiene un nivel bajo, no tengo que preocuparme, pero la actividad del agua no es un paso letal, como tú mismo has dicho, lo que significa que siguen vivos, siguen en estado de estasis.

Si se exponen a una mayor humedad o actividad acuosa, al añadir harina a la masa de galletas, que es lo que se suele hacer, se crea un entorno en el que esos microorganismos pueden crecer y proliferar, y es ahí donde la salmonela, la E. coli o cualquier otra bacteria se convierten en un peligro para la salud pública. En realidad, se trata de un tema muy amplio. Cuando asistí recientemente a una conferencia sobre protección alimentaria, se debatió mucho sobre este tema, se celebraron muchas sesiones al respecto y, en este momento, también hay muchas investigaciones sobre qué podemos hacer para esterilizar o pasteurizar estos alimentos con bajo contenido de humedad. Se están realizando investigaciones al respecto y conocemos a varios investigadores, y sé que tú también, que están trabajando muy activamente para tratar de idear y encontrar formas de evitar el crecimiento microbiano o estos brotes que se están produciendo, de modo que podamos pasteurizar o esterilizar estos alimentos con bajo contenido de humedad.

Zachary:

Una de las investigadoras con las que hemos hablado recientemente es la Dra. Jennifer Acuff, que está estudiando los alimentos con bajo contenido en humedad y los entornos en los que se producen, y pensando en diferentes formas o técnicas de higienización o en cómo podemos evitar que los patógenos transmitidos por los alimentos estén presentes incluso en los alimentos con bajo contenido en humedad. Recientemente grabamos ese podcast con ella, y eso es algo de lo que habló. Desde mi punto de vista, lo importante es estar al tanto de la higiene y asegurarse de que el entorno esté lo más limpio posible. Esto es algo de lo que también hablamos recientemente con el Dr. Minto Michael, de la Universidad Estatal de Washington, analizando la microbiología y entendiendo que hay diferentes combinaciones de temperatura, tiempo y actividad del agua, pero, como usted ha mencionado, no se puede calentar todo tipo de alimentos porque se producirían cambios estructurales.

Puede que haya otras formas, como el procesamiento por microondas o alta presión, o cualquier otra cosa que podamos utilizar en combinación con la actividad del agua para garantizar que estos alimentos sean lo más seguros posible. Si lo desea, puede escuchar el podcast con el Dr. Acuff o el Dr. Michael para obtener más información sobre la seguridad alimentaria.

María:

También pensé en cómo la actividad del agua influye realmente cuando se lleva a cabo el proceso de pasteurización. Incluso si se puede hacer eso, digamos que se trata de cecina de ternera o algo similar, hay una combinación de tiempo y temperatura, así como de humedad, para que sea eficaz. La otra parte es que, si se puede hacer eso, ¿se está creando un entorno que realmente mate los microorganismos que nos interesan? Si se utiliza el tiempo y la temperatura adecuados, pero la humedad es baja, la esterilización tampoco será tan eficaz. Sin duda, todos estos factores influyen.

Resumen y recomendaciones

Zachary:

A modo de breve resumen:

• Hoy hemos analizado los polvos y hemos intentado definirlos.
• Analizamos la estabilidad física, química y microbiana.
• Hablamos sobre algunos de los productos de AQUALAB que utilizamos para investigar y documentarnos sobre lo que hemos hablado hoy.

Una cosa que quería mencionar aquí es que, aunque creamos soluciones que miden productos finales o ingredientes, también contamos con una solución en línea llamada SKALA Dry que puede ser de gran ayuda con los productos secados por pulverización.

Si tiene dificultades para fabricar un producto consistente a medida que cambia la temperatura y las estaciones, SKALA Dry puede ayudarle automáticamente a alcanzar la actividad acuosa adecuada para ese producto.

Además, no te pierdas el podcast que hemos mencionado, Water In Food. También tenemos un canal de YouTube. No dejes de escucharlo y suscribirte.

En este punto, abramos el turno de preguntas.

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

Zachary:

Excelente pregunta. En lo que respecta a la higroscopicidad, podemos fijarnos en la forma de la curva isotérmica. Esto es algo que ya hemos mencionado anteriormente y que probablemente podamos volver a mencionar ahora, pero lo que hay que fijarse es en la pendiente de las curvas.

En este caso, estamos analizando diferentes excipientes, y cuanto mayor es la pendiente de esa curva, mayor es la higroscopicidad y más agua absorbe o retiene ese polvo específico. Con solo observar la forma de esa curva, podemos ver de forma rápida y visual una diferencia en la higroscopicidad de esos polvos. No sé si hay algo más que añadir.

María:

Esa es una buena explicación. Básicamente, cuanto más pronunciada sea esa pendiente, más higroscópico será, lo que también puede significar que aportará más humedad al producto final, sea cual sea. Sin duda, es importante comprender esa relación y el grado de higroscopicidad de un material.

Zachary:

Solo añadiré que, dependiendo de tu fórmula o de tu objetivo o resultado final, es posible que desees algo que tenga una mayor pendiente o no. El tipo de pendiente que busques dependerá del producto y la fórmula específicos.

María:

Si desea algo que aumente o se ligue con el agua según sus necesidades, esa es una buena forma de hacerlo. Puede utilizar un ingrediente con una pendiente pronunciada que absorba mucha humedad y sea capaz de añadir mucha humedad a su producto, y luego puede formularlo según la actividad acuosa específica que desee. Pero no es necesariamente algo malo, solo es algo que hay que saber.

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

María:

De acuerdo, yo responderé a esta pregunta. La actividad del agua fue sin duda el factor más importante en la degradación de la vitamina C, más que la temperatura. Si vuelves a mirar los datos, podrás comprobarlo por ti mismo, ya que si comparas las reacciones en las que solo variamos la temperatura con las que variamos la actividad del agua, queda muy claro que, en este caso, el factor más importante es la actividad del agua.

Zachary:

Dependerá específicamente de cada vitamina, y es algo de lo que hemos estado hablando recientemente. Pero aunque la vitamina C se comportó de esta manera específica, tendrás que analizar cada vitamina o cada ingrediente activo, sea cual sea el que te preocupe. Esta no siempre será la tendencia. No siempre va a ser la actividad del agua la que tenga una mayor influencia. Es necesario realizar este tipo de estudios para comprender cuál tendrá un mayor impacto.

María:

Exacto. Porque podría ser el oxígeno o la vitamina E lo que se vuelve rancio. Se podría rastrear eso y se podría tener una respuesta diferente para ello. Pero en el caso de la vitamina C era la actividad del agua.

3. ¿Cómo influye la actividad del agua o el contenido de humedad en la rapidez con la que se disuelve 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 mismo, de la rapidez con la que se disuelve y del entorno en el que se encuentra ese polvo. Si se trata de una bebida en polvo, estará en un entorno con alta actividad del agua, por lo que se disolverá rápidamente. Pero depende. Por ejemplo, si tienes algo que contiene un hidrato, por lo general ya tiene agua unida a él, lo que tiende a disolverse más rápidamente. Todo depende. No es tan sencillo como conocer la actividad del agua y el contenido de humedad de un polvo, se trata más bien de la estructura y de cómo se puede disolver rápidamente.

Zachary:

Añadiré que, si además de observar la isoterma y la prueba DVS, se puede identificar un punto de delicuescencia o un punto en el que todo se disuelve, entonces podemos utilizar una prueba DVS para saber cuánto tiempo va a tardar. Quizás observando la estructura y también basándonos en la isoterma.

María:

Exacto. Una parte importante de un polvo es que se disuelva, porque la mayoría de los polvos que conocemos deben hacerlo. Si solo tienes una mezcla para bebidas, la vas a añadir a otra cosa. Pero, ¿qué pasa si quieres evitar que se apelmace y se formen grumos antes de meterlo en el envase? Todos hemos pasado por eso o hemos tenido una mezcla para bebidas o algo así, y es difícil. Quizás hayamos analizado la isotermia, averigüemos cuál es el punto crítico para esa mezcla y luego nos aseguremos de tener un envase que garantice que no lo supere, o quizás necesitemos añadir un agente antiaglomerante o algo por el estilo. Todos esos factores influyen en la solubilidad de un polvo.

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

Zachary:

Dependerá de qué es lo que está acortando la vida útil. ¿Se trata de un cambio en la textura o de un cambio químico? Primero tendríamos que definir cómo es ese punto final y, a continuación, ¿qué se añadiría a eso?

María:

Buena pregunta. Los polvos cristalinos tienen un punto de delicuescencia, como ya he mencionado. Ya sé que pasan directamente del estado sólido al líquido, y eso depende de la humedad a la que estén expuestos. Si se consigue mantener el entorno que rodea al polvo cristalino por debajo de ese punto, entonces puede cambiar rápidamente su actividad sin alterar la estructura del polvo. Se puede conseguir una vida útil muy larga. Piensa en la sacarosa o el NaCl, por ejemplo. Con ellos se consigue una vida útil muy larga.

Pero si está por encima, entonces tienes un problema. Todo importa, al contrario de lo que dijiste, ¿qué va a determinar la vida útil? ¿A qué entorno va a estar expuesto? Entonces, ¿qué tiene sentido? También hicimos un seminario web sobre edulcorantes, y fue muy interesante aprender sobre ellos y sus características de solubilidad, y estamos cambiando entre estructuras amorfas y cristalinas, y cómo eso podría precipitarse esencialmente fuera de un producto es una pregunta complicada. ¿Hay una respuesta definida? Tal vez intentaré simplificarlo. Las estructuras cristalinas, si se pueden mantener por debajo de ese punto crítico, se pueden exponer a cualquier cosa por debajo de ese punto. En realidad, no va a cambiar porque todas las interacciones con el agua son como superficiales. Pero, de nuevo, si está por encima de ese punto o si se trata de una reacción química o de otra cosa, entonces es otro tema del que tenemos que hablar.

Zachary:

Solo añadiré que, en el caso de los sólidos cristalinos o los polvos, sus puntos de delicuescencia suelen ser bastante altos, tal vez 0,9 de actividad del agua o algo por el estilo, mientras que un polvo amorfo puede sufrir un cambio físico con una actividad del agua de entre 0,3 y 0,6. Si solo se trata de la textura, si eso va a determinar la vida útil, entonces 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 realizar un experimento para responder a esa pregunta.

María:

Volviendo al otro aspecto cristalino que tampoco hemos mencionado, si tenemos partículas de tamaño pequeño o estructuras o formas irregulares o tamaños variados, eso puede influir en el lugar donde empezará a producirse ese puente de forma inesperada con la humedad ambiente. Incluso diciendo que, si se mantiene el cristal por debajo del punto de delicuescencia, no hay problema, el tamaño de las partículas también influiría sin duda en la estabilidad de esa estructura cristalina.

‍