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Un análisis detallado sobre la determinación de la actividad de agua (aw) en diferentes matrices alimentarias, como carne, mantequilla y cecinas de pollo. Se explica el concepto de aw, su importancia en la estabilidad y vida útil de los alimentos, así como la metodología utilizada para su medición mediante una sonda especializada. Se analizan los resultados obtenidos a lo largo del tiempo, observando las variaciones de aw y su relación con los cambios organolépticos y microbiológicos de los alimentos. El documento proporciona información valiosa sobre los factores que influyen en la aw, su impacto en la calidad y seguridad alimentaria, y las aplicaciones prácticas de este análisis en la industria y la investigación alimentaria.
Tipo: Apuntes
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UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA Peumo Repositorio Digital USM https://repositorio.usm.cl Tesis USM TESIS de Técnico Universitario de acceso ABIERTO
2019
https://hdl.handle.net/11673/ Downloaded de Peumo Repositorio Digital USM, UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA
TRABAJO DE TITULACIÓN PARA OPTAR AL TÍTULO DE
TÉCNICO UNIVERSITARIO EN CONTROL DE ALIMENTOS
PROFESOR GUÍA: SR. MIGUEL ZAZOPOLUS G
i
Los alimentos contienen agua en su composición, ya sea en mayor o menor cantidad dependiendo del tipo de alimento y a su proceso de elaboración, lo que influye directamente en la vida útil del alimento. En el presente trabajo se realizaron análisis a cuatro matrices de alimentos, tomando cada día la cantidad suficiente de alimento para llenar hasta el tope indicado en la taza de muestra, que luego es colocada en el interior de la sonda, permitiendo determinar los niveles de actividad de agua presentes en la muestra, con el objetivo de cuantificar el valor que corresponde a la porción de agua libre inicialmente y las variaciones que sufre durante la vida útil dada a dicho alimento, que se mantiene bajo medidas adecuadas de conservación. Refrigeración para la carne, mantequilla y cecinas, y el choclo conservado bajo temperatura de congelación. De las cuatro matrices, las tres de origen animal (carne, mantequilla y cecinas), se obtuvieron resultados iniciales similares al igual que las variaciones que sufrieron durante el periodo de análisis, dando un promedio para la carne de 0,876 Aw; promedio de la mantequilla de 0,841 Aw; y finalmente el promedio de las cecinas de pollo de 0,776 Aw. La matriz de origen vegetal que corresponde al choclo congelado, el cual se han reducido sus niveles de agua debido a su método de conservación, arrojó un promedio de 0,289 Aw. Estos resultados permiten concluir, que los cuatro alimentos presentan cierto nivel de Aw en su composición inicial, y que este valor va variando dependiendo del tipo de alimento, siendo los alimentos de origen animal y de conservación bajo temperaturas de refrigeración los que presentan mayores niveles de Aw, mientras que el de origen vegetal y conservado bajo temperaturas de congelación presenta menor cantidad de Aw, por lo que es un alimento menos susceptible a perecer a diferencia de los alimentos con mayor nivel de Aw, aun así, ambos métodos (refrigeración y congelación) son útiles evitando de forma eficaz que el agua libre provoque reacciones químicas, enzimáticas o permita la acción microbiana sobre el alimento, reacciones que requieren de mayor temperatura para afectar al alimento rápidamente, lo que se aprecia durante los leves cambios durante el transcurso del tiempo y el cambio observado al momento de la descomposición.
iii
AW = Actividad de agua.
Agua Libre = Agua disponible en el alimento o actividad de agua.
HR = Humedad relativa ambiente
HRE = Humedad relativa ambiente en equilibrio
T° = Temperatura.
(p) = Presión de vapor del agua del alimento.
(po) = Presión de vapor del agua pura.
°C = Medición de temperatura en grados Celsius.
RESUMEN ......................................................................................................................... i
ABSTRACT ......................................................................................................................ii
1.1: Concepto de Aw
La definición de Aw, es la relación entre la presión de vapor de agua del alimento (p) y la presión de vapor de agua pura (po), ambos permaneciendo a una temperatura constante. Empleando la ley de RAOULT, la cual señala que “la disminución relativa de la presión de vapor de un líquido al disolverse en él un soluto, es igual a la fracción molar del solvente”, obteniéndose la siguiente expresión matemática:
[Formula (1.1). Expresión matemática de Aw, empleando la ley de Raoult, 1887]
La definición más simple de Aw se expresa como agua libre o agua disponible en un alimento, valor que no hace referencia al valor total del agua presente en el alimento. Corresponde a la porción de agua que reacciona durante el proceso de descomposición, cuyos valores van de 0.1 a 0.9 Aw (el agua pura es la única que posee valor 1 Aw), considerándose al alimento con actividad de agua más próxima a 1, más inestable y corresponden a alimentos perecibles, mientras que un alimento con actividad de agua próxima a 0, se considera un alimento menos perecedero y por tanto, más estable.
1.1.1 Porción de agua congelable en un alimento
Otra definición utilizada para diferenciar el agua libre del agua ligada, es la definición de agua congelable y no congelable, esto hace referencia a los distintos niveles energéticos del agua en el alimento, los que se reflejan en las diferencias de temperaturas requeridas para su congelación. Un alimento se congela a -20° C, pero a estas temperaturas una fracción del agua permanece líquida y requiere temperaturas de -40° C para su congelación, el agua que permanece liquida bajo los – 20° C, corresponde al porcentaje de agua ligada, mientras que el contenido que se solidifica a una temperatura de -20° C, corresponde al porcentaje de agua libre.
Aw = P/Po
1.2: Humedad Relativa (HR)
En el ambiente, siempre existe un porcentaje de humedad que se denomina humedad relativa del ambiente, la cual tiende a equilibrarse con el agua libre del alimento, cuando está expuesto al ambiente, debido a la fugacidad del agua que tiende a escapar del alimento o a la presión de vapor donde se absorbe parte de la humedad ambiente hacia el alimento. Este equilibrio se denomina humedad relativa en equilibrio (HRE), y equivale a la actividad de agua en porcentaje:
[Figura 1.2: Humedad en equilibrio = actividad de agua] [Folleto actividad de agua. <www.rotronic.com>]
1.3: Actividad de agua, humedad relativa y humedad relativa en equilibrio
El contenido de agua de un alimento, hace referencia al agua total que lo compone, sin embargo en los tejidos animales y vegetales, el agua no está distribuida de manera uniforme, debido a complejos hidratados con proteínas, hidratos de carbono y estructuras internas propias de cada tejido que evitan que toda el agua reaccione quedando una parte de esta sin reaccionar. Esta situación heterogénea de distribución de agua también se presenta en productos procesados, ya que sus componentes se encuentran en diferentes formas de dispersión y dependiendo del alimento, pueden ser cantidades elevadas o más bajas de agua, que por ende provocará mayor o menor cantidad de agua libre presentes en el producto final. Mientras más agua contenga un alimento en su composición, más
perecedero, mientras que un alimento con baja actividad de agua se considera un alimento menos perecedero. Estas consideraciones han llevado al uso de términos de agua ligada o agua no disponible y agua libre o agua disponible. Son utilizados para hacer referencia al agua que es parte de la estructura de su composición y por lo tanto es un agua que no está disponible o en movimiento y que se encuentra en reacción con otros componentes del alimento, mientras que el agua libre hace referencia al agua que está en el alimento que se encuentra disponible sin reaccionar y que es la causal del crecimiento microbiano, reacciones químicas y bioquímicas, lo que provoca deterioro y descomposición del alimento en menor o mayor tiempo dependiendo de las condiciones en la que este es almacenado.
La Aw se relaciona de manera directa con la humedad relativa del ambiente, formando un equilibrio entre la humedad relativa y el agua libre. La velocidad del equilibrio dependen de que la temperatura sea constante, mientras más elevada es la temperatura, más rápido es el equilibrio y por ende más rápida es la descomposición del alimento y menor su vida útil.
Debido al equilibrio citado anteriormente, se puede utilizar una sonda que permite un espacio reducido entre la muestra y el ambiente, permitiendo que el aire atrapado en la sonda alcance rápidamente el equilibrio con la muestra de alimento y así determinar de manera precisa la cantidad de agua libre presente en la muestra, a una temperatura constante. Es importante a la hora de la medición, que la temperatura sea constante, de lo contrario se producirán resultados erróneos de la actividad de agua del alimento.
1.4: Capacidad de retención de agua en los alimentos
El agua no se encuentra distribuida de manera uniforme en los alimentos procesados, esto ocurre porque se forman complejos hidratados entre el agua que forma parte de la composición del alimento, formando complejos con hidratos de carbono, proteínas, estructuras internas, formación de micro-capilares y otras moléculas hidrófilas. Dependiendo de la naturaleza, composición y procesamiento de los alimentos, la cantidad de retención de agua es mayor o menor. Durante el procesamiento, los alimentos se lavan y se someten a otros procesos en medio acuosos, lo que provoca un exceso de agua, cuyas moléculas se fijan en la capa más externa del alimento y de los complejos hidratados ya formados de la retención natural de los alimentos. El agua que reacciona en estos complejos corresponde al agua retenida o ligada, mientras que el exceso corresponde a agua libre, que sufre variaciones debido a la descomposición natural de los alimentos. El agua libre no se forma únicamente del exceso que se adquiere durante algunos procesos de producción o del agua que ya no es capaz de retener el alimento, hay parte del agua que reacciona con moléculas lipídicas hidrofóbicas, las cuales no permiten su presencia dejando el agua en la capa más externa del alimento.
1.4.1 Aw en las zonas del alimento
Según la figura 1, se pueden observar 3 zonas hipotéticamente hablando y con datos muy generales, donde se encuentra agua en el alimento según su capacidad de retención y los valores de AW para cada zona:^1 La zona III se considera la capa más externa del alimento, y es donde se encuentra la denominada agua “libre” ya que es la más fácil de congelar y evaporar, se encuentra en macro-capilares y forma parte de las soluciones que disuelven sustancias de bajo peso molecular y su eliminación reduce la actividad de agua a 0.8 AW.^1 La zona II corresponde al agua que se encuentra en diferentes capas más estructuradas y en microcapilares, es más difícil de remover, pero al removerla se pueden alcanzar niveles de actividad de agua de 0.25 AW. Parte de esta agua forma parte del agua “ligada”.^1 La zona I, corresponde a la porción de agua que forma parte de la capa mono-molecular y es la más difícil de eliminar, sobre todo en procesos comerciales de secado y su eliminación puede afectar las propiedades coligativas, reológicas y de textura en el alimento.^1
[Figura 1.1: Zonas hipotéticas donde se encuentra contenida el agua en los alimentos]
a) oxidación de lípidos; b) reacciones hidrolíticas; c) oscurecimiento no enzimático; d) isoterma de adsorción; e) actividad enzimática; f) crecimiento de hongos; g) crecimiento de levaduras; h) crecimiento de bacterias.^1
(^1) [Química de los alimentos, cuarta edición, Capitulo 1: El agua, 1.6 Distribución de agua en los alimentos]
