39 - Universidad del Azuay

la actividad acuosa en el
procesamiento y conservación
de alimentos
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Juan de dios alvarado, Msc /
UniVErsidad téCniCa dE aMbato
1. ACTIVIDAD ACUOSA
O ACTIVIDAD DE AGUA
FUNDAMENTOS
Según Vélez-Ruiz, J (2001) conocer la
actividad acuosa es de gran utilidad en alimentos,
ya que se relaciona con aspectos como la
ganancia o pérdida de humedad, el crecimiento
de microorganismos, cinética de reacciones
deteriorativas de los nutrientes, cambios en
sabor, aroma y textura, funciones fisiológicas,
estabilidad y conservación en general. Es importante
por lo tanto, tener un conocimiento
de este concepto termodinámico, así como de
los métodos y equipos existentes para su medición,
junto con sus aplicaciones industriales.
La actividad acuosa (aw) representa el
potencial químico relativo del agua en el
alimento y constituye el control básico en
la conservación de alimentos, así que entre
más pequeño sea el potencial químico en un
alimento, más pequeña será la fuerza impulsora
para las reacciones químicas del agua. Desde
el punto de vista termodinámico, la aw estaría
expresada por la siguiente relación:
Esta ecuación no es utilizada, por lo que
esta propiedad se suele expresar como la
relación entre la presión de vapor de agua del
alimento (pw) y la presión de vapor del agua
pura (p0w); o bien, en función de la humedad
relativa (HR) y de la humedad relativa de
equilibrio (HRE) a la cual el alimento no gana
ni pierde humedad con la atmósfera:
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La efectividad de la aw considerada como
una variable de control en la conservación
de los alimentos depende de otros factores
existentes, tales como la composición, el pH,
la presencia de antimicrobianos, la presión
osmótica, así como los tratamientos físicos de
temperatura y presión que se apliquen o hayan
aplicado previamente.
MÉTODOS EXPERIMENTALES
Existe una gran variedad de métodos para
la determinación de actividad acuosa, así que
la selección dependerá de los costos, intervalo
de aw a medir, exactitud, rapidez del método,
precisión, calibración y mantenimiento de
cada equipo. La gran diversidad de técnicas
y aparatos que existen actualmente para la
determinación de la actividad acuosa se pueden
agrupar en varios tipos, dependiendo del
principio que utilicen para la medición. Los
grupos principales son:
Métodos a presión constante, basados
en el equilibrio que alcanza el alimento con
algún material de referencia en un sistema
cerrado, lo cual puede requerir de varios días
o semanas.
Métodos de intervalos, fundamentado
en la transferencia de humedad entre sales
saturadas y alimento que se da dentro de una
cámara. Técnica del papel filtro. Técnica de
los cristales.
Método de interpolación gráfica, en
este caso, la ganancia o pérdida de humedad
se representa gráficamente, para que el punto
donde no hay ganancia corresponde a la humedad
relativa de equilibrio del alimento.
Método dinámico de interpolación,
metodología que utiliza un material de referencia
(papel filtro, celulosa microcristalina,
almidón, u otro) que gana o pierde humedad al
ponerse en contacto con las soluciones salinas
o el alimento.
Métodos basados en las propiedades
coligativas del agua, que se subdividen en
cuatro, según estén basados en la determinación
de la presión de vapor, en la depresión
del punto de congelación, en el incremento
del punto de ebullición o en el aumento de
la presión osmótica. Un caso de aplicación
en soluciones de azúcares por descenso del
punto de congelación presentado por Alvarado
(1996) se presenta y discute, así como la
correlación existente entre la actividad acuosa
y los °Brix.
Métodos psicrométricos, basan su
principio de operación en la mezcla agua-aire
y entre los cuales se citan a dos: el de punto de
rocío y el termopar psicrométrico.
Métodos higrométricos, que son
semejantes a los anteriores y constituyen una
serie de instrumentos desarrollados comercialmente.
Finalmente está un grupo de medidores
de aw con diversas características, entre los
que podemos citar los siguientes, el método de
equilibración bitermal, el método de succión
capilar y los tensionómetros.
ISOTERMAS DE SORCIÓN
Si la actividad acuosa se grafica contra
el contenido de agua expresado en base a la
materia seca de un alimento a temperatura
constante, usualmente se obtiene una curva
sigmoidea, esta curva es conocida como la
isoterma del producto. En la curva se han caracterizado
tres zonas: La zona con valores de
aw de 0,76 y superiores, en la que la influencia
de los sólidos insolubles es despreciable, la
actividad acuosa es dependiente de los solutos
y del contenido de agua en la fase en solución.
Una segunda zona comprendida entre valores
de aw de 0,45 a 0,76 en la que la influencia de
los sólidos insolubles sobre la actividad acuosa
se vuelve importante. La tercera zona con
valores de aw menores a 0,45, corresponde
a parte en la que el agua está adsorbida en
las partículas sólidas, no hay agua en fase
líquida, el calor de vaporización es mayor que
el de agua pura como se demuestra en tres
productos de panadería utilizando la Ecuación
de Othmer (Alvarado, 1996).
Los métodos que más frecuentemente se
utilizan en la construcción de isotermas pueden
agruparse en dos: los gravimétricos que
fundamentan su aplicación en la cuantificación
periódica de la masa muestral y los higrométricos/manométricos.
Aunque hay que señalar
que la aparición de técnicas más sofisticadas
se están empleando en algunos laboratorios,
como lo es el método cromatográfico de gas
inverso (IGC) descrito por Wolf y Spiess (1995)
que es muy rápido y requiere de unas horas y
poca muestra, pero es muy costoso por todos
la instrumentación que involucra.
MODELOS DE ISOTERMAS
Las relaciones desarrolladas para ajustar la
tendencia de una isoterma de sorción, pueden
presentarse atendiendo a varios puntos de
vista: orden cronológico, tipos de alimentos
en los que se recomienda, número de parámetros
o constantes que están incluidos en
la ecuación. A continuación se presentan los
modelos más utilizados.
1) Brunauer, Emmett y Teller (BET),
basados en el modelo cinético de Lagmuir
desarrollaron en 1938 la siguiente ecuación,
útil para un gran número de alimentos con
baja aw (0,05 -0,45):
Co l o qu i o • Re v i s ta d e la u.d.a. • oC t u b R e - diCiembRe 2008 / 9
Es importante por lo tanto, tener un conocimiento
de este concepto termodinámico, así como de los
métodos y equipos existentes para su medición, junto
con sus aplicaciones industriales.
2) Guggenheim, Anderson y de Boer
(GAB) alrededor de la decada de los 60´s,
desarrollaron un modelo semiempírico con
tres parámetros para la adsorción de materiales
considerando la presencia de multicapas;
este modelo ajusta excelentemente en el
intervalo completo de aw para muchos alimentos
y viene a constituir una extensión de
la ecuación de BET:
En todas estas ecuaciones, m es el contenido
de humedad, aw es la actividad acuosa,
C, Y, K, son las contantes de significancia para
cada ecuación, m0 es la humedad de monocapa
(BET) y m0g es el valor de monocapa
(GAB).
Modelos y consideraciones adicionales
pueden encontrarse en artículos y publicaciones
relacionados al tema; por ejemplo Chirife e
Iglesias (1978) hacen el análisis de 31 ecuaciones
utilizadas para el ajuste de isotermas.
2. IMPORTANCIA EN EL PROCESAMIEN-
TO DE ALIMENTOS
Se presentan casos en los cuales el conocimiento
de actividad acuosa es necesario
entre otros usos para:
PROPÓSITOS TECNOLÓGICOS. Deshidratación
de alimentos. Elaboración de
conservas. Desarrollo de tecnologías de
obstáculos.
ALMACENAMIENTO DE GRANOS Y
ALIMENTOS DE HUMEDAD INTERMEDIA
O SECOS.