Atividade da Água 101: Domine os conceitos básicos

O que é a atividade da água? A atividade da água é o mesmo que o teor de umidade? Como se mede a atividade da água? É possível reduzir a atividade da água?

Essas são algumas das questões mais fundamentais no que diz respeito à atividade da água. Para respondê-las — e a outras ainda —, reunimos as ideias do Dr. Brady Carter e do Dr. Nate Olson — especialistas em atividade da água da Decagon — para oferecer a você uma visão geral abrangente dos conceitos básicos sobre atividade da água. Suas respostas foram transcritas do webinar “Atividade da Água 101”.

O que é a atividade da água?

A atividade da água é a relação entre a pressão de vapor da água presente em uma substância e a pressão de vapor da água pura a uma determinada temperatura. Em uma escala de 0 a 1,0, ela indica o grau de disponibilidade ou "liberdade" dessa água dentro da substância.

Um valor de aw igual a 0 significa ausência de água livre, e um valor de aw igual a 1,0 corresponde à pressão de vapor da água pura. A atividade da água não é a quantidade de água presente em uma substância — é o estado energético da água. Há uma diferença fundamental entre os dois, que abordaremos mais adiante.

Por que nos preocupamos com a atividade da água?

A atividade da água é importante porque a água pode provocar diversos tipos de alterações em um produto. A presença e a disponibilidade de água podem levar a:

• Crescimento microbiano (bactérias, fungos, leveduras)
• Alterações químicas (escurecimento não enzimático)
• Alterações físicas (aglomeração, fluidez, alterações na textura)

É possível compreender muito sobre a estabilidade e a segurança de um produto ao conhecer sua atividade de água. Conhecer a atividade de água permite que os formuladores e fabricantes controlem e prolonguem o prazo de validade, além de garantir a segurança.

Medição da atividade da água

O instrumento mais comum para medir a atividade da água é o medidor de ponto de orvalho com espelho resfriado (por exemplo, o AQUALAB 4TE).

Um instrumento de ponto de orvalho com espelho resfriado funciona colocando a amostra em uma câmara selada, onde um pequeno ventilador elétrico faz circular o ar. Dentro da câmara há um espelho que é resfriado até que se forme orvalho em sua superfície. No momento em que ocorre a condensação, o instrumento registra a temperatura do ar acima da amostra e a temperatura do espelho. Esses dois valores são utilizados para calcular a pressão de vapor, que é então usada para determinar a atividade da água.

Outros instrumentos para medir a atividade da água incluem sensores eletrônicos e o método isopiético (ou gravimétrico). Para os fins desta introdução, vamos nos concentrar no instrumento de ponto de orvalho com espelho resfriado.

A temperatura ideal para medir a atividade da água é de 25 °C, que é também a temperatura na qual o instrumento realiza, por padrão, sua correção automática de temperatura. Muitos medidores de atividade da água AQUALAB podem fornecer uma leitura em cerca de cinco minutos, com precisão de +/- 0,003 aw.

Atividade da água vs. teor de umidade

Essas duas medidas não são a mesma coisa. Veja como elas diferem:

Teor de umidade – a quantidade de água presente em uma substância, expressa como porcentagem do peso total do material (base úmida) ou como porcentagem da matéria seca (base seca).

Atividade da água – o estado energético da água em uma substância, expresso como uma razão entre as pressões de vapor.

Não existe uma relação universal entre o teor de umidade e a atividade da água. É por isso que a atividade da água é o melhor indicador para prever o comportamento e a estabilidade de um produto.

A título de exemplo, considere a água pura e uma solução salina saturada. Ambas têm o mesmo teor de umidade — 100% de água —, mas suas atividades de água são diferentes. A água pura tem uma atividade de água de 1,0, enquanto uma solução salina saturada (embora ainda seja composta principalmente por água) tem uma atividade de água inferior a 1,0, pois os íons presentes na solução salina interferem na livre circulação das moléculas de água.

Existem algumas semelhanças. À medida que o teor de umidade aumenta em um produto, a atividade da água geralmente também aumenta. Mas a relação entre os dois é específica para cada produto, não é universal.

Isotermas de sorção

No mundo da atividade da água, uma isoterma de sorção é um gráfico que representa o teor de umidade em função da atividade da água a uma temperatura constante.

As isotermas de sorção têm duas aplicações principais na ciência dos alimentos:

1. Compreender como um produto interage com a umidade (escolha da embalagem, prazo de validade).
2. Compreender e prever os atributos de qualidade – desde a textura até a estabilidade e o prazo de validade.

Para criar uma isoterma de sorção, é necessário medir uma série de pontos de dados relativos à atividade da água — ou seja, ao teor de umidade — para um produto específico e uma determinada temperatura e, em seguida, representar graficamente esses pontos de dados. A forma da isoterma de sorção é específica para cada produto.

Alguns produtos apresentam isotermas em forma de S (sigmoides). Outros têm um formato mais linear. O formato da isoterma está relacionado à afinidade de ligação do produto pela água.

As isotermas de sorção mostram a relação entre o teor de umidade e a atividade da água para um produto específico — e não a relação entre um produto e outro. Se você tiver dois produtos, cada um com uma isoterma de sorção diferente, e os misturar, a atividade da água final da mistura dependerá das atividades da água dos componentes individuais, e não de seus teores de umidade.

O efeito da temperatura

A atividade da água varia com a temperatura. À medida que a temperatura aumenta, a atividade da água também aumenta. Essa relação varia de acordo com o produto, mas, em geral, um aumento de 10 °C na temperatura corresponde a um aumento na atividade da água de cerca de 0,03 aw.

O efeito da temperatura sobre a atividade da água é um fator importante a ser considerado durante o processamento e o armazenamento. Se um produto for fabricado em alta temperatura e depois resfriado, a atividade da água diminuirá à medida que a temperatura cair. Isso pode levar à condensação, o que pode causar aglomeração, formação de grumos e outros problemas de qualidade.

Atividade da água e crescimento microbiano

A atividade da água tem uma relação direta com o crescimento microbiano. Cada tipo de microrganismo tem um nível mínimo de atividade da água abaixo do qual não consegue crescer.

Limites comuns de atividade da água para o crescimento microbiano:

• 0,97: bactérias como Clostridium botulinum E, Pseudomonas fluorescens
• 0,95: bactérias como Salmonella spp., E. coli
• 0,91: a maioria das bactérias, incluindo o Bacillus subtilis
• 0,87: Staphylococcus aureus (aeróbico)
• 0,70–0,85: a maioria dos moldes
• 0,60: limite inferior para todo o crescimento microbiano

Esses valores representam os requisitos mínimos para o crescimento microbiano. Se um produto apresentar uma atividade de água inferior ao requisito mínimo para um determinado microrganismo, esse microrganismo não poderá se desenvolver.

A atividade da água em ação

Mencionamos anteriormente que a atividade da água é relevante para o crescimento microbiano, alterações químicas e alterações físicas. Vejamos como a atividade da água é utilizada na prática para controlar essas variáveis:

Crescimento microbiano – Ao projetar um produto com uma atividade de água inferior ao requisito mínimo para patógenos, os formuladores podem criar produtos que se mantêm estáveis em temperatura ambiente, sem necessidade de refrigeração. A FDA utiliza uma atividade de água de 0,85 como o limite abaixo do qual não é necessário refrigerar um produto por motivos de segurança.

Alterações químicas – A atividade da água influencia a velocidade do escurecimento não enzimático, da oxidação lipídica e de outras reações químicas. Compreender a relação entre a atividade da água e as reações químicas ajuda os formuladores a otimizar o prazo de validade e a estabilidade do sabor.

Alterações físicas – A atividade da água afeta propriedades físicas como textura, aglomeração e fluidez do pó. Compreender como a atividade da água afeta essas propriedades ajuda os fabricantes a produzir produtos com características físicas consistentes.

A atividade da água é uma ferramenta fundamental no conjunto de recursos do formulador para o desenvolvimento de produtos com segurança, estabilidade e qualidade previsíveis. Ao compreender e controlar a atividade da água, os fabricantes podem produzir produtos de melhor qualidade, com prazo de validade mais longo e menos defeitos de qualidade, contribuindo para a redução do desperdício de alimentos e para a melhoria da sustentabilidade. Os pesquisadores também utilizam a atividade da água como base para prever o crescimento microbiano, manter a estabilidade física e química, formular produtos e estimar o prazo de validade.

Perguntas frequentes

Como se mede a atividade da água nos alimentos?

A atividade da água é medida selando-se uma pequena amostra em uma câmara fechada e lendo a umidade relativa de equilíbrio do espaço livre, que equivale à atividade da água da amostra em equilíbrio. Os instrumentos mais precisos utilizam um sensor de ponto de orvalho com espelho resfriado — como o AQUALAB 4TE — que fornece uma leitura em cerca de cinco minutos, sem a necessidade de calibração em relação a padrões de referência.

Qual é o nível de atividade da água que indica um produto alimentício de longa duração?

A FDA utiliza um valor de aw de 0,85 como limite abaixo do qual, em geral, não é necessário refrigerar um produto por motivos de segurança — produtos com valor igual ou inferior a esse são considerados estáveis à temperatura ambiente contra a maioria dos patógenos. O crescimento de mofo cessa abaixo de um valor de aw de 0,70, e não ocorre crescimento microbiano de nenhum tipo abaixo de um valor de aw de 0,60; é por isso que lanches com baixo teor de umidade e produtos secos são formulados para permanecer nessa faixa.

A temperatura afeta as medições da atividade da água?

Sim, a atividade da água aumenta à medida que a temperatura sobe, pois as moléculas de água mais quentes geram maior pressão de vapor; isso significa que o mesmo produto, quando medido a 25 °C, apresentará uma atividade da água mais elevada do que a 15 °C. As medições devem sempre ser relatadas com a temperatura de medição, e os medidores AQUALAB aplicam uma correção automática de temperatura por padrão.

A atividade da água pode prever reações químicas como o escurecimento ou a oxidação lipídica?

Sim — a atividade da água influencia diretamente a velocidade do escurecimento não enzimático, da oxidação lipídica, da degradação de vitaminas e das reações enzimáticas nos alimentos. A maioria das taxas de degradação química é mais baixa em atividades da água entre 0,2 e 0,4 e aumenta significativamente acima de aw 0,6, tornando a atividade da água uma variável fundamental na previsão da estabilidade do sabor, da cor e da retenção de nutrientes, além da segurança microbiana.

A atividade da água é regulamentada pela FDA?

Sim, a FDA utiliza a atividade da água como parâmetro de controle nos termos da norma 21 CFR Parte 117 e dos Controles Preventivos da FSMA, com um valor de aw de 0,85 como o limite abaixo do qual, em geral, não é necessário refrigerar um produto por motivos de segurança. Os fabricantes que utilizam a atividade da água como controle preventivo devem validar as metas, definir procedimentos de monitoramento e documentar a verificação do produto acabado.

Referências

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