Medir o teor de umidade: é mais complicado do que você imagina

O teor de umidade é a porcentagem de água presente em um produto alimentício ou outro material, expressa em relação ao peso úmido ou seco do material.

A quantidade de água presente em um material afeta a qualidade e o prazo de validade do produto, mas o teor de umidade por si só não é suficiente para prever a segurança ou a estabilidade do produto. Para determinar se um produto é seguro ou estável, também é necessário conhecer a atividade da água.

O que é o teor de umidade?

O teor de umidade é simplesmente a quantidade de água presente em um material. É expresso como uma porcentagem do peso total do material (base úmida) ou como uma porcentagem da matéria seca (base seca).

Embora ambos os métodos meçam o mesmo material, eles apresentam resultados diferentes porque utilizam pesos de referência distintos. Na base úmida, o peso de referência é o peso total (água + matéria seca). Na base seca, o peso de referência é apenas a matéria seca. Isso significa que os valores na base seca serão sempre superiores aos valores na base úmida.

Nos alimentos, o teor de umidade afeta a textura, o peso, a viscosidade, a aparência e a suscetibilidade do alimento à deterioração microbiana. A umidade é, normalmente, o componente mais abundante nos alimentos, o que a torna uma variável fundamental na composição alimentar.

Como medir o teor de umidade

O teor de umidade é normalmente medido por meio de um destes três métodos principais:

• Perda por secagem (também conhecida como métodos termogravimétricos)
• Espectroscopia no infravermelho próximo (NIR)
• Titulação de Karl Fischer

Cada método utiliza um princípio diferente e é adequado para diferentes tipos de amostras.

1. Perda por secagem

Este método consiste em medir o peso de uma amostra antes e depois da secagem. A amostra é seca a uma temperatura definida até atingir uma massa constante. O teor de umidade é determinado calculando-se a perda de peso ocorrida durante a secagem.

A perda por secagem é um método analítico comum para determinar o teor de umidade em sólidos e semissólidos. O método do forno, descrito nos métodos AOAC 930.15, 935.29, 950.46, 984.25 e outros, é o método mais amplamente utilizado para a medição da umidade em alimentos, pois requer uma infraestrutura mínima.

Uma desvantagem dos métodos que utilizam forno é que o calor empregado para secar a amostra pode fazer com que outros compostos voláteis, como ácidos graxos de cadeia curta e álcool, se evaporem. Isso significa que esses métodos podem superestimar o teor de umidade em algumas amostras.

Os analisadores de umidade (também conhecidos como balanças de umidade) são uma versão modernizada do método do forno, que mede e registra automaticamente a perda de peso. São amplamente utilizados no controle de qualidade por serem simples, rápidos e não exigirem equipamentos de pesagem separados.

2. Espectroscopia no infravermelho próximo

A espectroscopia NIR identifica a composição dos materiais com base na forma como eles absorvem e refletem a luz no espectro do infravermelho próximo. A água absorve a luz NIR de maneiras características, por isso o NIR pode ser usado para estimar rapidamente o teor de umidade.

Os principais benefícios da tecnologia NIR para a medição de umidade são a rapidez (resultados em segundos), a natureza não destrutiva dos testes e a facilidade de implementação em linha ou junto à linha de produção durante o processo de fabricação.

O NIR é um método de medição indireta, o que significa que estima o teor de umidade com base em um modelo estatístico treinado com amostras conhecidas. A precisão depende da qualidade e da relevância do modelo de calibração. Os sistemas NIR devem ser calibrados para cada tipo específico de produto e validados em relação a um método de referência antes de serem utilizados em rotina.

3. Titulação de Karl Fischer

A titulação de Karl Fischer é um método químico que mede de forma direta e específica a água, mesmo em concentrações muito baixas. Ao contrário dos métodos que utilizam forno, não é afetada pela presença de outros compostos voláteis.

A titulação de Karl Fischer é o método de referência para a determinação do teor de umidade em diversos setores, incluindo a indústria farmacêutica (conforme a norma USP 921). É especialmente indicada para produtos que exigem alta precisão ou nos quais a secagem em estufa seria imprecisa ou impraticável.

Fórmulas para o teor de umidade

A fórmula a ser utilizada depende da base (úmida ou seca) que você estiver relatando.

Fórmula do teor de umidade em base úmida

Umidade em base úmida (%) = [(peso úmido – peso seco) / peso úmido] x 100

A base úmida é mais comum nos setores de alimentos e agricultura, pois expressa a água como uma fração do material tal como recebido. Às vezes, também é chamada de umidade “tal como está”.

Fórmula para o teor de umidade em base seca

Umidade em base seca (%) = [(peso úmido – peso seco) / peso seco] x 100

A umidade em base seca é comum em pesquisas e em setores como o de grãos e rações, onde é necessário comparar amostras com diferentes níveis de umidade. Uma consequência da expressão em base seca é que os valores podem ultrapassar 100%, o que às vezes causa confusão.

Análise de umidade mais precisa

A medição do teor de umidade é um primeiro passo útil na caracterização de um material. No entanto, o teor de umidade não permite determinar se a água presente está disponível para favorecer o crescimento microbiano ou provocar reações que prejudicam a qualidade.

Isso requer uma medição da atividade da água.

A atividade da água (aw) indica o estado energético da água presente em um material — ou seja, em que medida essa água está disponível para atuar como reagente ou solvente. Produtos com o mesmo teor de umidade podem apresentar atividades da água muito diferentes, e atividades da água diferentes implicam em riscos de deterioração e comportamentos de vida útil distintos.

Para caracterizar completamente a umidade de um produto, meça tanto o teor de umidade quanto a atividade da água. Essa combinação fornece tanto a quantidade quanto a disponibilidade da água — e permite que você tome decisões fundamentadas sobre formulação, processamento, embalagem e prazo de validade.

Perguntas frequentes

O que é o teor de umidade?

O teor de umidade é a porcentagem de água presente em um material, expressa em relação ao peso total (base úmida) ou ao peso seco (base seca). Ele indica a quantidade de água presente, mas não se essa água está livre para causar deterioração ou problemas de qualidade.

O teor de umidade é o mesmo que o teor de água nos alimentos?

Esses termos são usados de forma intercambiável na ciência dos alimentos — ambos descrevem a porcentagem de água em um material em relação ao peso. A distinção relevante não está entre os dois termos, mas na base de cálculo: a base úmida expressa a água como uma porcentagem do peso total, enquanto a base seca a expressa como uma porcentagem apenas da matéria seca.

Qual é o nível de umidade necessário para que um alimento tenha vida útil prolongada?

Não existe um limite confiável de teor de umidade para a estabilidade de armazenamento, pois dois produtos com o mesmo teor de umidade podem apresentar atividades de água muito diferentes, dependendo do grau de ligação da água aos açúcares, sais ou proteínas. A atividade de água — e não o teor de umidade — é a medida que permite prever se ocorrerá crescimento microbiano, deterioração ou degradação da textura.

Posso comparar os valores de teor de umidade de dois fornecedores diferentes se eles utilizarem métodos distintos?

Não de forma confiável, pois métodos diferentes medem parâmetros distintos e não são intercambiáveis sem um fator de conversão validado. Mesmo que ambos os fornecedores utilizem métodos diretos — um com secagem em estufa e o outro com o método de Karl Fischer —, os resultados obtidos para o mesmo produto serão sistematicamente diferentes.

O teor de umidade por si só determina se um produto alimentício é microbiologicamente seguro?

Não, porque o teor de umidade não consegue distinguir entre a água fortemente ligada aos solutos e a água livre, capaz de favorecer o crescimento microbiano. A atividade da água é a medida que determina o risco microbiano, e é nela que se baseiam regulamentações de segurança alimentar como a FSMA.