la actividad de agua (aw) y el deterioro de los alimentos

Especialistas en actividad de agua (aw)

& Isotermas de LabFerrersorciónLabFerrerLa aw y la calidad y seguridad alimentarias

i i i i

w y y gCausas del deterioro de los alimentos

• Crecimiento Microorganismos• Estabilidad Química y Bioquímica• Cambios en las Propiedades Físicas• Cambios en las Propiedades Físicas

Fundamentos básicos sobre awwww.lab‐ferrer.com

Seguridad AlimentariagSólo en los Estados Unidos:76 millones de casos de enfermedades76 millones de casos de enfermedades325.000 hospitalizaciones y 5.000 muertes anuales

Fuente: Centro para Control de Enfermedades (CDC)

REGULACIONES PARA EL CONTROL MICROBIOLÓGICO– http://www.aesan.msc.es/AESAN/web/cadena_alimentaria/subd

etalle/criterios microbiologicos vida util shtmletalle/criterios_microbiologicos_vida_util.shtml– 21CFR 110 ‐ 21CFR 113 ‐ 21CFR 114– Norma ISO 7.218 “Microbiology of food and animal feeding stuffsNorma ISO 7.218 Microbiology of food and animal feeding stuffs

– general rules for microbiological examinations”– Reglamento Normativa CE‐2073/2005 s– APCC – análisis de puntos críticos de control


Crecimiento MicrobianoScott (1957) demostró que losmicroorganismos tienen un nivel límitede actividad de agua, aw, por debajo delcual no crecenLímites de a para el crecimientoLímites de aw para el crecimientomicrobianoBacterias 0,91Bacterias 0,91Levaduras 0,88Mohos 0,70

Es la aw, NO el contenido de agua, lo

Levaduras osmófilas 0,60

que determina el límite más bajopermitido para el desarrollo microbiano


Bacterias Importantesp

Producen InfeccionesE li Shi ll C l b t

Producen ToxinasCl t idi b t liE. coli, Shigella, Campylobacter,

Staphylococcus aureus, Yersina, Listeris, Salmonella

Clostridium botulinumStaphylococcus aureusBacillus cereusListeris, Salmonella Bacillus cereus

Se ha demostrado que las bacterias pueden sobrevivir por largosí d d l b lperíodos de tiempo en alimentos con una baja aw. Ejemplos:

Salmonella en Chocolate a a = 0 30Salmonella en Chocolate a aw = 0,30Salmonella y S. aureus en leche en polvo a aw = 0,26

Una baja aw no es un paso para eliminarlos, pero losmicroorganismos no proliferarán


Valores limite de awValores limite de aw


Desarrollo de microorganismosg

Efectos de distintosvalores de aw sobre lascurvas de crecimiento decurvas de crecimiento deStaphylococcus aureus

Adapted from Troller, J. A. (1987). Adaptation andgrowth of microorganisms in environments withreduced water activity. In: Water activity: Theory andapplications to food Rockland, L. B. and Beuchat, L. R.eds. Marcel Dekker, Inc.New York p.101‐117.


Estabilidad Química y BioquímicaLa aw es un indicador que permite predecir qué tipo de reaccionesocurrirán en base a la composición del producto

Q y q

ocurrirán, en base a la composición del producto

La aw influye en la velocidad de lasw yreacciones.El agua puede actuar como:SolventeReactivoC bi l ilid d d lCambia la movilidad de los reactantes (viscosidad)


Estabilidad Química y Bioquímicay q

• Oscurecimiento No Enzimático• Oxidación Lipídica• Degradación de NutrientesDegradación de Nutrientes• Reacciones Enzimáticas


Oscurecimiento No EnzimáticoOscurecimiento No EnzimáticoTipos de reacciones:•Reacción de Maillard

Diagrama de Velocidad de Reacción de oscurecimiento

cción

•Reacción de Maillard•Oxidación del ácido ascórbico•Peroxidación de lípidos d

Relativa de

Rea

Peroxidación de lípidos•Caramelización a alta temperatura

Actividad de Agua

Velocidad

Las reacciones Maillard son unaLas reacciones Maillard son unacompleja serie de reaccionesForma compuestos heterocíclicos de N,p ,altamente coloreadosLa mayor pérdida de N ocurre a 0,65‐0,70 aw


Oscurecimiento No Enzimático IIAfecta el valor nutricional, color, sabor,

t t d l li taroma y textura de los alimentos

Puede modificar la aceptabilidad dellalimento.

Ejemplos deseables: caramelización,carne asada, café, corteza de pan

Ejemplos no deseables: oscurecimientode la leche en polvo, carne seca seendurece y se vuelve amarga, pérdida deproteínas


Oxidación LipídicapUna de las mayores causas de deterioro de alimentos. Produce:

Olores y sabores desagradablesOlores y sabores desagradablesDisminución de la calidad nutricionalAlgunos productos son potencialmente tóxicosg p p

Todas las etapas de esta reacción se ven afectados por la aw y laTemperatura

Lípidos no saturados

Catalizadores, Luz

Karel, M. (1986). “Control of lipidoxidation in dried foods”. en:Concentration and drying of foods.

Radicales libres

+O2

y gMacCarthy, D. eds. Elsevier AppliedScience Publishers, London p.37‐51.

Peróxidos, Hidroperóxidos

Polímeros

Reacciones con otros componentes del alimento

Productos de desdoblamientoProductos de desdoblamiento


Oxidación Lipídica IIpLa velocidad mínima de reacciónes para un valor de aw dees para un valor de aw deaproximadamente 0,3 ‐ 0,5 awA valores de a bajos la reacciónA valores de aw bajos, la reacciónes más rápida debido a la menorunión entre al agua y losg yhidroperóxidosA valores de aw elevados, lavelocidad de reacción aumentapor la disolución de iones

táli l f ilit lmetálicos, lo que facilita laformación de radicales libres


Actividad EnzimáticaLas enzimas se emplean en la industria para una gran variedad deaplicaciones desde el procesamiento del azúcar y almidón hasta

• La actividad de las enzimas

aplicaciones, desde el procesamiento del azúcar y almidón hastala producción de embutidos y quesos.La actividad de las enzimasaumenta al aumentar el aw

• La aw influye en la movilidadw ydel sustrato y el producto(s) dela reacción.

• La estabilidad (almacenaje oinactivación) de las enzimastá i fl i d lestá influenciada por la aw


Actividad Enzimática

Drapron, R. (1985) Enzyme activity a function of water activity. In Properties of Water in Foods. Simato, D. andMulton, J.L. (ed.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands.


Degradación de NutrientesgLa degradación de las vitaminas aumenta alaumentar la awaumentar la awEjemplo: disminución de la cantidad deVitamina C con el paso del tiempo

Degradación delácido Ascórbico adistintos valores deaw y a 35°C

aw versus Propiedades Físicasw p

• Textura• Migración de humedad• Apelmazamiento y aglomeraciónApelmazamiento y aglomeración


TexturaProductos Duros o CrujientesV l d b j• Valores de aw bajos

• Se quiebran al aplicar fuerza, soncrujientescrujientes

• Se ablandan cuando se someten a awelevadas

Productos Suaves o Blandos‐ aw de intermedio a alto‐ Se doblan al aplicar presiónS hú d j‐ Son húmedos, jugosos y suaves

‐ Se endurecen cuando se someten a awbajas


Soluciones a los cambios de Textura•Mantener la aw dentro de los límites críticos para tener lascaracterísticas de textura apropiadascaracterísticas de textura apropiadas

•Prevenir la migración de humedad en productos multi‐componentes

•Barreras en los envases

Ejemplo en una galleta, aw versus crujienteKatz, E.E. and Labuza, T.P. (1981) Effect of water activity on the sensory crispness and mechanical deformation of snack food products. J. Food Sci. 46: 403‐409Fundamentos básicos sobre aw

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Migración de HumedadgSistemas Multi‐Componente

Zonas con diferentes a El agua seZonas con diferentes aw. El agua semueve desde zonas de mayor aw hacialas de menor awwLa fuerza motriz de la migración delagua está directamente relacionada conla diferencia de aw. La velocidad demigración depende de las propiedadesd t t /dif ióLa migración de humedad produce:cambios en la textura crecimiento

de estructura /difusión

Sistemas Multi‐componentecambios en la textura, crecimiento microorganismos, reacciones de degradación, cambios organolépticos

Sistemas Multi componentecereales con frutas, masashorneadas – rellenos, masa parapizza congelada – salsas, helados eng , g p

…barquillo, sandwiches, bocadillos


Soluciones para la Migración de Humedad p g Trabajar con componentes con el mismo

valor de aw (conocer la isoterma de cadawproducto)

Retardar el proceso de difusión entrecomponentes (viscosidad)

Aplicar barreras, películas o cubiertascomestibles que evitan la migración delcomestibles que evitan la migración delagua entre los diferentes ingredientes deun alimento compuesto. Ejemplos deun alimento compuesto. Ejemplos deproductos: bases de pizza congelada consalsa, helados en barquillo con cubiertade chocolate

Envasar por separado


ApelmazamientopEl apelmazamiento es un proceso quedepende de la a tiempo y temperaturadepende de la aw, tiempo y temperatura

Los pasos del apelmazamiento son:p phumedecimiento, formación deuniones, aglomeración,compactación, deliquescencia

E t bl i t lEste problema es omnipresente en lasindustrias alimentaria y farmacéutica


Cambio de faseExtracto de manzanilla expuesto a distintascondiciones de humedad ambiental (60‐100HR%)HR%)


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