ACTIVIDAD ACUOSA EN LOS ALIMENTOS

1. ACTIVIDAD ACUOSA EN LOS ALIMENTOS Enero 2011 Marcos Báez F. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

2. Antecedentes Tradicionalmente se ha observado que la vida de anaquel de los alimentos, disminuye con la presencia de agua, es decir, a mayor concentración menor vida útil. Algunos de los alimentos perecederos como la leche fluida, la carne roja, filete de pescado, pollo fresco, reducen su vida de anaquel porque hay crecimiento microbiano en forma inmediata. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

3. COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS • Carbohidratos y azúcares simples. • Proteínas (enzimas) y aminoácidos. • Grasas y aceites. • Fibra vegetal (celulosa, inulina, pectina, etc.). • Vitaminas. • Minerales. A G U A Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

4. GRUPOS DE ALIMENTOS • Los alimentos que consumimos se dividen en 9 grupos principales 5 (vegetal) y 4 (animal): • Alimentos vegetales: cereales y sus productos. Azúcar y productos azucarados. Verduras y derivados. Frutas y derivados. Leguminosas y derivados. • Alimentos animales: Carne y derivados. Aves y huevos. Pescados y otros alimentos marinos. Leche y derivados. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

5. Calor específico Calor latente de fusión Calor latente de vaporización Conductividad térmica Viscosidad Constante dieléctrica Cuando el agua actúa como solvente: - Constante dieléctrica - Momento dipolar - Tensión superficial Actividad acuosa = 1 (adimencional) Propiedades f-q del agua pura: Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

6. Disminución de la presión de vapor Elevación del punto de ebullición Descenso del punto de congelación Descenso de la tensión superficial Aumento de la viscosidad Formación de gradientes de presión osmótica a través de membranas semipermeables Incremento de la fuerza iónica (polaridad) Características f-q de soluciones acuosas (propiedades coligativas): Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

7. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

8. Distribución de agua en alimentos: Se observa que el agua presente en los tejidos vegetales y animales puede ser: • “Agua libre” = “Agua congelable” = “Agua capilar” es agua que está retenida en la finísima red de espacios capilares extracelulares que se encuentran en el tejido de los alimentos. Sus valores de humedad están por arriba del 90 %. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

9. Distribución de agua en alimentos: • “Agua ligada” = “Agua no congelable” = “Agua de solución” es agua que forma verdaderas soluciones con azúcares o sales. Esta solución tiene la Pv ligeramente más baja que la del agua pura y además tiene un punto de congelación más bajo. Los alimentos contienen nutrimentos solubles en agua (vits, minerales, prots,) las cuales forman verdaderas soluciones y dependiendo de la concentración de c/u de ellos hace que cambien sus propiedades coligativas. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

10. Proporción de agua congelada según la temperatura (L. Riedel) Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

11. Distribución de agua en alimentos: • “Agua monocapa” = “Agua adsorbida” = “Agua BET” es el agua adsorbida en la superficie del alimento formando una sola capa monomolecular retenida por fuerzas químicas en la “superficie” de las proteínas o de los polímeros de carbohidratos. Al eliminar esta capa de moléculas, en general se desnaturaliza o destruye el alimento. Sus valores oscilan entre 2 a 9 % de agua (en función del alimento). Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

12. Distribución de agua en alimentos: • “Agua de composición” = “Agua de hidratación” es el agua que está combinada, en una unión química, con los constituyentes del alimento como proteínas (formando puentes de hidrógeno), ácidos orgánicos (hidratados), sales minerales (mono o dihidratados), etc. Su composición es menor al 1 %. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

13. Libre Contenido agua g H2O / 100 g sólidos secos Solución B E T a 3 a 2 a 1 Actividad Acuosa Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

14. Definición de ACTIVIDAD ACUOSA • Se define como la cantidad de agua disponible en los alimentos para llevar a cabo reacciones químicas, enzimáticas y microbianas. • P del agua del alimento HR Aw = ------------------------------- = ------ Po del agua pura 100 Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

15. Definición de ACTIVIDAD ACUOSA f M a Aa = ----------- = -------------------- f° M a + M s P = presión de vapor del agua del alimento a T Po = “ “ “ “ “ pura a T f = fugacidad en un determinado estado a T f = “ “ “ estado estándar a T Ms = moles de soluto ( g / PM ) Ma = moles de agua ( g / 18 ) Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

16. Actividad Acuosa (20°C) en soluciones saturadas: Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

17. Frutas frescas 0.97 Verduras frescas 0.97 Jugos de fruta 0.97 Huevo 0.97 Carne fresca 0.97 Filete de pescado 0.97 Leche fresca 0.97 Queso fresco 0.96 Pan 0.96 Mermeladas 0.86 Frutas secas 0.80 Miel de abeja 0.75 Galletas 0.10 Cereales 0.10 Azúcar 0.10 Actividad Acuosa (20°C) en alimentos: Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

18. Valores de la monocapa BET de los alimentos: Alimento Valor monocapa g H2O / 100 g ss Pollo cocido 4.00 Betabel 5.40 Lactosa amorfa 5.70 Lenteja 6.00 Papa 9.00 Almidón 9.90 Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

19. Requerimientos de Actividad Acuosa en las bacterias: Clostridium botulinum A 0.93 Cl. Perfringens 0.93 – 0.95 Shigella sp 0.96 Staphylococcus aureus 0.91 Salmonella oranienberg 0.95 Pseudomonas fluorescens 0.97 Escherichia coli 0.95 Listeria monocitogenes 0.90 – 0.92 Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

20. Requerimientos de Actividad Acuosa en las hongos y levaduras: Aspergillus flavus 0.78 - 0.80 Penicillium citrinum 0.80 Aspergillus clavatus 0.85 Monascus bisporus 0.61 Torulopsis candida 0.65 Saccharomyces cerevisiae 0.89 - 0.92 Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

21. Estabilidad de los alimentos f Aw • El agua contenida en un alimento ejerce una Pv menor que la del agua pura. • La isoterma de adsorción de humedad es la expresión de la relación funcional entre el contenido de humedad y la Aw. • La ec. de BET es una de las + adecuadas para los alimentos, especialmente en los límites de Aw de 0.1 a 0.5 (monocapa). Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

22. Estabilidad de los alimentos f Aw • Los cambios deteriorativos que acontecen en los alimentos dependen de la Aw. • Estos cambios son: colapso de la estructura física, reacciones enzimáticas, crecimiento mo, oscurecimiento no enzimático, peroxidación de lípidos, etc. • El mapa de estabilidad de los alimentos propuesto por Labuza resume estos cambios. El punto de máxima estabilidad de cualquier alimento es el de la monocapa. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

23. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

24. Medición de la Aw Son métodos orientados a la determinación de isotermas de sorción. Las técnicas de análisis se basan en conceptos de psicrometría, higrometría mecánica, mediciones del punto de rocío, higrometría eléctrica, hidrometría gravimétrica, conductividad térmica, índice de refracción, mediciones de presión y volumen y de constantes dieléctricas. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

25. Medición de presión de vapor: Medición directa: • Colocación de la muestra bajo condiciones de vacío permitiendo que esta llegue a equilibrarse a T ambiente o controlada con la atmósfera que la rodea. • Medición de la presión de vapor de la atmósfera que está en equilibrio con la muestra por medio de un manómetro o un transductor de presiones. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

26. Medición de presión de vapor II Para la obtención de mediciones adecuadas se deben tomar en cuenta factores como: • Tamaño de la muestra. • Tiempo de equilibrio. • Pérdidas de humedad durante la evaporación. • Temperatura. • Volumen de la atmósfera que rodea a la muestra. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

27. Métodos isopiésticos (P cte): Se permite que la muestra alcance el equilibrio con un material de referencia dentro de un desecador, durante un determinado tiempo y a una temperatura constante. Después de lograr el equilibrio, se determina el contenido de humedad del material de referencia y la Aw de este último se obtiene de su isoterma de sorción. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

28. Objetivo de conocer los valores de Aw de los alimentos: • Para desarrollo de alimentos de humedad intermedia. • Para obtener el valor Aw que estabiliza los alimentos deshidratados (monocapa BET). • Para estabilizar los alimentos desde el punto de vista microbiano. • Para estabilizar los alimentos desde el punto de vista fisico químico. • Para evitar la peroxidación de lípidos. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011

29. Objetivo de conocer los valores de Aw de los alimentos: • Para evitar reacciones enzimáticas. • Para conocer las isotermas de adsorción y desorción de agua de un alimento. • Para aumentar la vida de anaquel de los alimentos, a través de factores o métodos combinados. Procesos Alimentos; Prof. M. Báez 2011