La actividad de agua (aw) es el parámetro que determina la calidad y vida útil de los alimentos, medicamentos, cosméticos y alimentación animal. El agua es el ingrediente más barato en las formulaciones y su importancia varia dependiendo del producto. Pero lo que si que es seguro es que la actividad de agua, aw, desde luego, tiene un efecto muy significativo en la estabilidad microbiológica, química y estructural de los productos.
Y para conseguir una calidad estable en todos los lotes y productos, los fabricantes necesitan un método preciso y correcto para conocer, controlar y medir las relaciones del agua.
¿Qué es la actividad de agua, aw?
Vamos a llevar a cabo un pequeño experimento para explicar mejor qué es la actividad de agua, aw. Necesitamos un vaso de agua y una esponja seca. Ahora hay que sumergir la esquina de la esponja en el vaso de agua. El agua, por supuesto, se va a mover mover desde el vaso hacia la esponja.
La actividad del agua, aw, es la fuerza que hace que el agua se mueva hacia la esponja. Para entenderlo mejor ¿Cuál es la diferencia entre el agua en el vaso y el agua en la esponja? Pues que el agua en el vaso está libre, mientras que en la esponja está unida. El agua de la esponja tiene un estado energético más bajo que el agua del vaso. El agua fluirá hacia la esponja, pero para que vuelva a salir, debemos trabajar apretando la esponja. El agua de la esponja tiene una presión de vapor inferior y un punto de congelación también inferior. Mientras que el punto de ebullición es superior a la del agua del vaso. Es decir, son diferentes en las formas en que las podemos medir y cuantificar.
En otras palabras, el agua de la esponja es diferente del agua en el vaso en términos cuantificables.
Explicacion teórica, la presión de vapor y la actividad de agua, aw
Podemos calcular el cambio energético asociado un cambio en la presión con la ayuda de la primera ley de la termodinámica. El símbolo U representará la energía en un sistema y para calcular el cambio que se produce en U al cambiar el volumen, a presión constante (asumimos que ni entra ni sale calor) podemos escribir
dU= -pdV
dónde dU representa un pequeño cambio de energía, y dV un pequeño cambio del volumen. La relación entre presión/volumen, conocida como Ley de los Gases Ideales, es
pV= nRT
dónde n es el número de moles de gas, R es una constante (la constante de los gases, 8,31 J/mol K) y T es la temperatura. Si derivamos la ley de los gases para obtener dV
dV= -nRT(dp/p2)
Combinando este valor con la primera ley obtenemos
dU= nRT (dp/p)
Ahora, la energía necesaria para pasar desde la presión de vapor del agua pura en el vaso (lo que llamamos presión de vapor de saturación o p0) al vapor de presión del agua en la esponja es
La relación p/p0 se llama actividad de agua, aw, cuando hablamos sobre el agua en la esponja, o el agua en los alimentos o cualquier otro sólido o líquido. La llamamos Humedad Relativa cuando la aplicamos al agua en el aire, y a veces se multiplican por 100 para expresarlo como porcentaje (%)
La relación U/n es la energía por mol de agua y el agua se llama Potencial (Y). El potencial se expresa en Julios/mol. Con esta sustitución final llegamos a la ecuación que relaciona la energía del agua en la esponja y su actividad de agua
Y= RTlnaw
Esta ecuación nos dice que podemos expresar el estado de energía del agua en un producto como Potencial o como actividad de agua.
En algunas áreas científicas se usa el potencial y otras la actividad de agua (algunos también emplean la depresión en el punto de congelación o la osmolalidad, todos son conceptos equivalentes). Cada uno tiene ventajas y desventajas, pero lo importante es entender que ambas son medidas del estado de energía del agua y tienen una fuerte base teórica. Nos centramos en la actividad de agua porque es la medida más utilizada en tecnología de alimentos, farmacia, cosmética y veterinaria
¿Qué determina la actividad del agua, aw ?
Vamos a considerar los factores que influyen actividad de agua, aw. Podemos reducir la energía del agua adsorbiendo el agua de la esponja. El agua adsorbida en cualquier superficie disminuye su estado energético. El agua está unida por puentes de hidrógeno, fuerzas capilares, de van der Waals y dipolos, por lo que tiene menos energía que el agua libre. A estos efectos los llamamos, efectos de la matriz.
La energía del agua también puede disminuir de otra forma. Podemos diluir el agua con solutos. Puesto que es necesario un trabajo para restaurar el agua a su estado puro, libre, también se reduce la actividad de agua y potencial. A estos efectos los llamamos efectos osmóticos. Para conseguir un cambio total en la energía, sumamos la reducción de la energía con los efectos mátrico y osmótico.
La actividad del agua, aw, controla la calidad e inocuidad de los alimentos
La figura muestra la estabilidad alimentaria desde el punto de vista de la actividad de agua.
Vamos a juntar unas galletas con un 20% de contenido de humedad y un relleno que tiene 30% de humedad. Estamos delante de ¿una receta de galletas reblandecidas? La respuesta es No, siempre y cuando los dos ingredientes tengan la misma aw.
La aglutinación y el apelmazamiento es un problema recurrente en los productos en polvo que fabricamos. La solución pasa por hacer coincidir las actividades de agua de los componentes y se resolverá el problema.
La degradación de las vitaminas es función de la aw. Y también lo son la oxidación de lípidos, la textura crujiente, la masticabilidad, la suavidad y muchos otros factores de calidad organoléptica.
El contenido de humedad indica la cantidad de agua en un producto, pero eso es todo. No puede predecir ninguno de estos otros problemas de calidad y seguridad.
Predecir la seguridad y estabilidad alimentaria
La actividad del agua, aw, predice la seguridad y la estabilidad respecto al desarrollo de microorganismos, las tasas de reacción química y bioquímica y las propiedades físicas.
Midiendo y controlando la actividad de agua, es posible:
- Predecir qué microorganismos serán fuentes potenciales de deterioro y/o infección.
- Mantener la estabilidad química de los alimentos.
- Minimizar las reacciones de pardeamiento no enzimáticas y las reacciones espontáneas de oxidación de lípidos autocatalíticas.
- Prolongar la actividad de enzimas y vitaminas.
- Optimizar las propiedades físicas de los productos para la migración de la humedad, la textura y la vida útil
Si quieres saber más sobre ¿Qué es la actividad de agua, aw? puedes ver distintos tutoriales nuestros en YouTube a través de este enlace
Y aquí para conocer los equipos para medir la actividad del agua, aw distribuidos por LabFerrer, y también descargar el archivo Fundamentos sobre actividad de agua.
Este enlace de AQUALAB proporciona más información sobre la actividad de agua, aw, y todas sus aplicaciones.