INTRODUCCION

El agua es un elemento esencial para la vida en la tierra presente en todos lados, desde los seres

vivos hasta en los alimentos. En estos últimos es su principal componente por lo que es un

factor determinante para su estabilidad, conservación y seguridad siendo el ataque de los

microorganismos la principal causa de deterioro ya que aparición está ligada a la cantidad de

agua que contenga el alimento. Esta cantidad de agua disponible en el alimento se denomina

actividad de agua (Aw).

La actividad de agua tiene un valor entre 0 a 1 y estos valores están relacionados con

la textura de los alimentos ya que a una mayor actividad, la textura es mucho más jugosa y

tierna pero con mayor riesgo de alteración mientras que a menor actividad de agua la textura

del alimento se endurece y el producto se seca más rápido.

Por el contrario, los alimentos cuya actividad de agua es baja por naturaleza son más crujientes

y se rompen con facilidad. En este caso, si la actividad de agua aumenta, se reblandecen y dan

lugar a productos poco atractivos.

ANTECEDENTES:

A través de la historia se ha visto que los seres humanos en un intento por preservar sus

alimentos han intentado controlar el agua presente en estos para lo cual han utilizado diferentes

métodos de preservación como el secado en frutas, vegetales y carnes, la adición de azúcares y

el salado en carnes y pescados.

Hasta aproximadamente 1940, los microbiólogos pensaban que el porcentaje de agua en un

alimento era quien controlaba el crecimiento de los microorganismos. Más tarde se identifico

que el factor que influye en el crecimiento era la actividad (o disponibilidad) del agua.

ACTIVIDAD DEL AGUA

El agua para efectos de simplificación se divide en agua libre y en agua ligada; la primera seria

para el crecimiento de los microorganismos y para intervenir en las transformaciones ya que la

segunda está unida a la superficie solida y no actúa por estar no disponible o inmóvil. Bajo este

sencillo esquema, solo una fracción de agua llamada actividad del agua es capaz de propiciar

cambios y es aquella que tiene movilidad o disponibilidad. Es con base en este valor empírico

que se puede predecir la estabilidad y la vida útil de un producto y con su contenido de agua,

refleja el grado de interacción con los demás constituyentes, además que se relaciona con la

formulación, el control de los procesos de deshidratación y de rehidratación, la migración de la

humedad en el almacenamiento y muchos otros factores.

Si se considera una solución ideal, de las que no existen muchas en alimentos, con solutos en

muy reducida concentración, este término puede expresarse de la siguiente manera:

Aw= ffo

= PPo

=HR100

= MaMa+Ms  

Donde:

f = fugacidad del disolvente de la solución

fº = fugacidad del disolvente puro

HR = humedad relativa

P = presión de vapor de agua del alimento

Po = presión de vapor de agua pura

Ms = moles de soluto

Ma = moles de agua

P/Po = presión de vapor relativa

CONTROL DE LA ACTIVIDAD DE AGUA EN ALIMENTOS

Controlar la actividad de agua en los alimentos es sinónimo de alargar su vida útil. Al conseguir

una disminución de la cantidad total de agua libre, se disminuyen notablemente las

probabilidades de contaminación microbiana. No todos los alimentos requieren los mismos

cuidados. La miel no precisa cuidados extras; en cambio, alimentos como el pescado poco

salado o los frutos secos más húmedos (higos) son más perecederos. En este caso, sí es

importante el control de la actividad de agua.

Las dos maneras más importantes de reducir la actividad de agua de los alimentos pasan por el

deshidratado o secado y la incorporación de sal o azúcar para atrapar las moléculas de agua. El

primer método es el más antiguo y consiste en la aplicación de energía al alimento en forma de

calor, aumentando la presión de vapor del agua presente hasta un nivel tal que el agua de la

superficie de los alimentos se evapora. Se puede realizar deshidratación de muchas maneras

diferentes, por secado al sol, en secaderos con aire caliente con bandejas estáticas, con bandejas

en túneles, en cintas transportadoras en túneles, en secaderos spray, en lechos fluidizados, por

liofilización. Además de secar, este primer método también ayuda a formar aromas y sabores

típicos en los alimentos procesados. Según el tipo de alimentos, se utiliza uno u otro mecanismo

de deshidratado: para alimentos sólidos como vegetales, frutas o pescado, se utiliza el secado

con aire caliente; para líquidos como la leche, el secado por aspersión; para mezclas pastosas

líquidas, el secado al vacío; y para una amplia variedad de productos, el secado por congelación.

Otro método consiste en agregar sal o azúcar a los alimentos. Este no requiere máquinas

especializadas, pero sí debe tenerse mucho cuidado durante su procedimiento. Se añade azúcar

en las mermeladas o concentraciones de salmuera en las carnes para disminuir la actividad de

agua. El producto terminado debe evaluarse para determinar en cifras su actividad de agua.

 Tabla No.1: Actividad del Agua y Crecimiento de Microorganismos en Alimentos

Rango de aW

 

Microorganismos generalmente inhibidos por el aW más bajo de este rango

Alimentos generalmente dentro de este rango

 1 - 0.95 Pseudomonas, Escherichia,

Proteus, Shigellas, Klebsiella, Bacilos, Clostridium perfringes, algunas levaduras

 Productos frescos y enlatados, vegetales, carne, pescado y leche, salchichas cocinadas y pan, alimentos conteniendo aproximadamente hasta 40% (p/p) de sucrosa o 7% de cloruro de sodio  

0.95 – 0.91 Salmonella, Vibrio parahaemoliticus, C. botulinum, Lactobacillus, algunos mohos, levaduras (Rhodotorula, Pichia)

lgunos quesos (Cheddar, Suizo, Muenster, Provolone), carnes curadas (jamones), algunos concentrados de fruta, alimentos conteniendo 55% (p/p) de sucrosa o 12% de cloruro de sodio  

0.91 – 0.87 Muchas de las levaduras Embutidos fermentados (salami), pasteles

(Candida, Torulopsis, Hansenula), Micrococcus

esponjosos, quesos secos, margarinas, alimentos conteniendo 65% (p/p) de sucrosa saturada o 15% de cloruro de sodio  

0.87 – 0.80 La mayoría de los mohos (micotoxigenic penicillia), Staphylococus aureus, la mayoría de los  sacaromicetes (bailii) spp., Debariomicetes

La mayoría de los jugos concentrados, leche condensada azucarada, siropes de chocolate, maple y frutas; harina, arroz conteniendo 15-17% de humedad, pasteles de frutas, jamones estilo country, fondants

0.80 – 0.75 Muchas de las bacterias halófilas, aspergilli micotoxigénico.

Jaleas, Mermeladas, masapán, frutas glaceadas,  algunos marshmallows

0.75 – 0.65 Mohos Xerófilos (Aspergillus chevalieri, A. candidus,  Wallemia sebi), Saccharomyces bisporus 

Hojuelas de avena conteniendo aproximadamente 10% de humedad, marshmallows, jaleas, malazas, azúcar morena, algunas frutas secas, nueces

0.65 – 0.60 Levaduras Osmófilas (Sacaromyces rouxii), algunos mohos (Aspergillus echinulatus, Monascus bisporus) 

Frutas secas conteniendo del 15 al 20% de humedad, algunos toffes y caramelos, miel  

0.50 No existe proliferación microbiana 

Pastas conteniendo 12% de humedad aproximadamente, especies conteniendo 10% de humedad aproximadamente

0.40 No existe proliferación microbiana 

 Huevos deshidratados conteniendo aproximadamente 5% de humedad.

0.30 No existe proliferación microbiana 

Galletas, miga de pan, etc, conteniendo del 3 al 5% de humedad  

0.20 No existe proliferación microbiana 

Leche entera en polvo conteniendo del 2 al 3% de humedad, vegetales deshidratados conteniendo 5% de humedad, hojuelas de maíz (corn flakes), pastel de frutas, galletas.

 

MEDICIÓN DE LA ACTIVIDAD DEL AGUA

No existe instrumento alguno en el que pueda colocarse directamente un producto para medir su

actividad de agua. Sin embargo, la actividad de agua de un producto puede determinarse a 

partir de la humedad relativa del aire alrededor de la muestra cuando el aire y la muestra

alcanzan el equilibrio. Por lo tanto, la muestra debe colocarse en un espacio cerrado, en donde

dicho equilibrio ocurrirá. Cuando esto ocurre, la actividad del agua de la muestra y la humedad

relativa del aire son iguales; la medición realizada en el equilibrio se llama humedad relativa en

equilibrio, o ERH.

Aunque existen métodos a nivel de laboratorio para determinar la actividad  del agua,

comercialmente existen principalmente dos tipos de instrumentos para tal propósito. Uno utiliza

la tecnología de espejo enfriado en punto de rocío, mientras que el otro mide la humedad

relativa con sensores que cambian la resistencia eléctrica o capacitancia. Ambos métodos

poseen ventajas y desventajas, varían en exactitud, reproducibilidad, velocidad en la medición,

estabilidad en la calibración, costo y conveniencia de uso. Las principales ventajas del método

de punto de rocío son precisión, velocidad, facilidad de uso y exactitud. Los sensores de

capacitancia tienen la ventaja de ser más económicos, pero no son tan exactos ni rápidos como

los equipos de punto de rocío. Por ejemplo, en el caso del método de punto de rocío,

características típicas de los instrumentos incluyen rangos entre 0.3 y 1.000 aw, resolución de +/-

0.001, exactitud de  +/- 0.003 y tiempos de medición por debajo de cinco minutos. Por su parte,

los instrumentos de capacitancia miden todo el rango de actividad del agua (0 a 1.00), con

resoluciones de +/- 0.005, exactitud de +/- 0.015 y tiempos para alcanzar condiciones de

humedad relativa de equilibrio desde cinco hasta 30 o 90 minutos. En los equipos de espejo

enfriado o punto de rocío, durante la medición de aw se determina repetidamente la temperatura

de rocío y la temperatura de la muestra hasta alcanzar equilibrio. Debido a que la determinación

está basada en la medición de temperatura, la calibración no es necesaria, pero sí se requiere la

medición de una solución salina estándar para verificar la operación adecuada de aparato. En el

caso de los instrumentos de sensor de capacitancia, se relaciona una señal eléctrica con la

humedad relativa, lo que exige que el sensor esté calibrado contra estándares salinos conocidos.

La ERH será igual a la aw de la muestra siempre y cuando la temperatura de la muestra y del

sensor sea la misma, por lo que la exactitud de la medición requiere muy buen control de

temperaturas.

Cuando se evalúan las mediciones y los equipos de actividad del agua, precisión y exactitud son

importantes consideraciones a tomar en cuenta. Igualmente importante es considerar la

susceptibilidad del sensor a la contaminación y cuan frecuente es necesario calibrar el aparato.

Además, al comparar instrumentos, es importante evaluar la precisión y la exactitud sobre el

rango completo de valores de aw regularmente encontrados en los productos específicos de

interés.

ACTIVIDAD DE AGUA Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS

Los diversos métodos de conservación se basan en el control de una o más de las variables que

influyen en la estabilidad , es decir, actividad del agua, temperatura, pH, disponibilidad de

nutrimentos y de reactivos, potencial de oxido – reducción, presión y presencia de

conservadores. En este sentido la aw es de vital importancia y con base a ella se puede conocer

el comportamiento de un producto.

En general mientras más alta sea la aw y más se acerque a 1, que es la del agua pura, mayor será

su inestabilidad, por ejemplo en carnes, frutas y vegetales frescos que requieren refrigeración

por esta causa. Por el contrario alimentos estables a temperatura ambiente (excepto los tratados

térmicamente y comercialmente estériles, como los enlatados), son bajos en aw como sucede

con los de humedad intermedia en los que el crecimiento es retardado.

El contenido de agua por si solo no proporciona información sobre la estabilidad de un alimento

y por eso, productos con la misma humedad, presentan distintas vidas de anaquel, la cual se

predice mejor con el aw.

La influencia de este parámetro se ha demostrado en un gran número de de trabajos de

investigación como perdida de lisina disponible, oscurecimiento no enzimático, degradación de

vitaminas, inactivación del inhibidor de tripsina, destrucción de pigmentos, producción del

aroma de productos cocidos, estabilidad en frutas, pastas y harinas, y en muchos otros productos

y reacciones.

La estabilidad de las vitaminas está influida por la aw de los alimentos de baja humedad, las

hidrosolubles se degradan poco a valores de 0.2 – 0.3, que equivale a la hidratación de la

monocapa, y se ven más afectadas con el aumento de la aw. Por el contrario, en los productos

muy secos no existe agua que actué como filtro del oxigeno y la oxidación se produce

fácilmente.

La aw influye en el oscurecimiento no enzimático, aun cuando cada azúcar tiene un distinto

poder reductor que afecta la velocidad de la reacción. En general, la energía de activación y la

temperatura requeridas se reducen a medida que aumenta la actividad del agua, la velocidad se

acelera de 3 a 6, cuando la aw pasa de 0.35 a 0.65 y hasta tres veces por cada 10ºC de

incremento. Sin embargo cuando se concentran los alimentos se abate la aw, pero también se

concentran los reactivos, lo que favorece la reacción por un mayor contacto; al reducir aun más

el agua, se pierde movilidad de los reactivos y se inhibe la reacción y por eso en alimentos muy

concentrados con azucares, es más factible la caramelizacion que las reacciones de Maillard.

Debido a la influencia del binomio aw - temperatura en el secado es recomendable reducir la

temperatura del aire al final del proceso para prevenir el oscurecimiento.

La oxidación de los aceites y de otras sustancias hidrosolubles, como las vitaminas y varios

pigmentos, está influida por la aw ya que de haber fuerte incremento por debajo de la monocapa,

ocasionando por una falta de agua que proteja del oxigeno a la superficie del alimento, después

disminuye con la humedad por formar dicha capa protectora, para posteriormente aumentar

nuevamente debido a que el agua favorece la movilidad de los metales que catalizan la reacción

para ponerse en contacto con el sustrato.

En las enzimas el agua actúa facilitando la integración con la estructura proteínica, lo que

conlleva a la formación del centro activo, además, también favorece la difusión de los reactivos

e interviene como tal en las reacciones de hidrólisis. Cada enzima requiere un aw para realizar

una función, sin embargo, cuando el sustrato es liquido, como los aceites, las lipasas necesitan

solamente un intervalo muy amplio, mientras que los carbohidratos y proteasas requieren aw

mayores en un intervalo muy amplio (por ejemplo desde 0.4 hasta 0.95).

Para su crecimiento, los microorganismos necesitan condiciones propicias de pH, de

nutrimentos, de oxigeno, de presión, de temperatura y de actividad del agua; como regla

general, esta ultima tendrá que ser mayor a medida que los otros parámetros se vuelvan menos

favorables. Por cada 0.1 unidades de aumento de aw, el crecimiento microbiano puede

incrementarse en un 100%, hasta llegar a un límite. Los que mas agua requieren son las

bacterias (>0.91), después las levaduras (>0.88) y luego los hongos (>0.80); de todos los

patógenos son los que más la necesitan para su desarrollo, situación contraria a las levaduras

osmofilas. Como regla, la aw mínima para la producción de toxinas es mayor que para el

crecimiento microbiano. La reducción de la disponibilidad de agua inhibe dicho crecimiento,

pero a su vez incrementa la resistencia térmica de los microorganismos, lo que indica que para

destruirlos es mejor el calor húmedo que el calor seco. Los microorganismos responden a una

baja humedad, prologando su base inicial, bajando su fase logarítmica y reduciendo el número

de células vivas.

Cuadro: Valores mínimos de la actividad del agua para el crecimiento de microorganismos de importancia en alimentos

Organismo MínimaMayoría de bacterias dañinas 0.91Mayoría de levaduras dañinas 0.88Mayoría de hongos dañinos 0.80Bacteria Halofila 0.75Levadura Osmofila 0.60Salmonella 0.95Clostridium botulinium 0.95Escherichia coli 0.96Staphylococcus aureus 0.86Bacillus subtilis 0.95

IMPORTANCIA DE LA ACTIVIDAD DE AGUA

Para muchos productos alimenticios la actividad del agua es una propiedad muy importante.

Con ella se puede predecir la estabilidad de los alimentos con respecto a sus propiedades

físicas, la velocidad de las reacciones de deterioro y el crecimiento microbiano, influenciando la

vida de anaquel, el color, olor, sabor y consistencia de los mismos . Con la determinación de la

actividad del agua de los alimentos es posible predecir qué microorganismos pueden causar

deterioro y enfermedades, por lo que se considera una importante propiedad desde el punto de

vista de inocuidad alimentaria. El control de la aw es también una forma importante de mantener

la estabilidad química de los alimentos; ejerce un fuerte efecto sobre las reacciones de

oscurecimiento no enzimático y las de oxidación lípido autocatalítica. La actividad del agua

puede además jugar un papel clave en la actividad enzimática y vitamínica en los alimentos, así

como en propiedades físicas como textura y vida en estante de los mismos. Su utilidad e

importancia como medida de la calidad y la inocuidad de los alimentos fue reconocida cuando

resultó obvio que el contenido de humedad no reflejaba exactamente las fluctuaciones en el

crecimiento microbiano. El concepto de aw ha servido al microbiólogo y al tecnólogo en

alimentos durante dos décadas como el criterio de calidad e inocuidad más exacto y utilizado.

Hasta hace recientemente, la aw como parámetro fisicoquímico ha sido discutido principalmente

sólo en dos disciplinas: la fisicoquímica y la microbiología de alimentos. En la primera, mide la

energía libre termodinámica del agua, mientras que en la segunda, la actividad del agua es

utilizada para definir los límites inferiores para el crecimiento de microorganismos en

alimentos. Los microbiólogos se desviaron hacia la medición de actividad del agua al descubrir

que la descomposición microbiana de alimentos ocurre en rangos amplios y variables de

contenido de agua.

 

Control microbiano:  Mientras que la temperatura, el pH y otros factores pueden

afectar el crecimiento de microorganismos en un alimento, la aw puede ser el factor más

importante controlando el deterioro. La actividad del agua, no el contenido de agua,

determina el límite inferior de agua disponible para sostener crecimiento microbiano.

La mayoría de bacterias, por ejemplo, no crecen a actividades de agua por debajo de

0.90, y la mayoría de mohos y levaduras dejan de crecer en valores por debajo de 0.6.

Conociendo la aw de un alimento, es entonces posible predecir el tipo de

microorganismos con potencial de desarrollo y deterioro del producto. La actividad del

agua predice de manera más real y efectiva el crecimiento microbiano porque los

microorganismos  pueden usar únicamente el agua “disponible”, la cual difiere

considerablemente dependiendo del soluto presente. En promedio, los iones enlazan la

mayor cantidad de agua, mientras  que los polímeros sólo atan cantidades menores; los

azúcares y los péptidos caen en una posición intermedia. A una misma concentración

molecular, la sal reduce la actividad del agua más que el azúcar.

Además de la relación existente entre  crecimiento microbiano y actividad del agua, una

serie de aspectos adicionales relativos a la microbiología de alimentos son influenciados

por este parámetro. El efecto de la aw sobre la esporulación, germinación y producción

de micotoxinas es complejo. En el caso de levaduras, por ejemplo, mayores valores se

necesitan para esporulación que para germinación de las esporas. La aw mínima para

producción  de toxinas es generalmente mayor que la mínima para crecimiento

microbiano.

Reactividad Química y Bioquímica: Además de influenciar el deterioro microbiano,

la actividad del agua puede jugar un papel significativo sobre la actividad enzimática y

vitamínica en los alimentos, pudiendo tener un impacto fuerte, como se dijo antes, sobre

el color, el sabor, la consistencia y el aroma. El agua puede afectar la reactividad

química de distintas formas: puede actuar como solvente o como reactante, o cambiar la

movilidad de los reactantes al afectar la viscosidad del sistema alimenticio en cuestión.

La actividad del agua afecta una amplia gama de reacciones químicas y bioquímicas,

incluyendo oscurecimiento no enzimático, oxidación de lípidos, degradación de

vitaminas, reacciones enzimáticas, desnaturalización de proteína, gelatinización y

retrogradación de almidones. Productos conteniendo proteínas y carbohidratos son

propensos a reacciones de oscurecimiento no enzimático o de Maillard, las cuales

ocurren con más facilidad en la medida en la que la actividad de agua se incrementa. La

posibilidad de que estas reacciones ocurren es máxima en valores de aw entre 0.6 y 0.7.

En algunos casos, sin embargo, incrementos adicionales en la actividad del aw va a

dificultar la reacción de Maillard. En cualquier caso, para algunos productos, medir y

controlar la aw es una buena forma de evitar o reducir estos problemas de

oscurecimiento.

La estabilidad de enzimas y proteínas está influenciada significativamente por la

actividad del agua debido a la naturaleza relativamente frágil de dichos compuestos. La

mayoría de enzimas y proteínas deben mantener su estructura para permanecer activos,

por lo que el mantenimiento de niveles de aw para prevenir u ocasionar cambios

estructurales es importante para la calidad de un producto alimenticio. La velocidad de

la mayoría de reacciones enzimáticas se reduce a valores de aw por debajo de 0.8,

aunque algunas de estas reacciones ocurren a valores muy bajos de aw. Este tipo de

deterioro puede resultar en formación de sabores y olores muy desagradables, aunque,

en el caso de productos sometidos a tratamientos térmicos, el deterioro enzimático no es

una preocupación. La actividad del agua puede afectar además las temperaturas de

gelatinización y la velocidad de retrogradación de los almidones.

La posibilidad de ocurrencia de oscurecimiento no enzimático se incrementa al

aumentar la aw, alcanzando un máximo en el intervalo de aw entre 0.6 y 0.7. Por lo

general, incrementos adicionales de aw limitarán   las reacciones de oscurecimiento. Por

su parte, la oxidación de lípidos presenta un mínimo en valores intermedios de aw y se

incrementa tanto en valores altos como bajos, aunque por mecanismos diferentes. Este

tipo de deterioro alimenticio también resulta en la formación de olores y sabores

desagradables, por lo que se debe evitar. En el caso de vitaminas hidrosolubles

presentes en los alimentos, su degradación se incrementa con la actividad del agua.

Propiedades Físicas:  Además de predecir las velocidades de varias reacciones

químicas y enzimáticas, la actividad del agua afecta las propiedades de textura de los

alimentos. Productos con aw altas tienen una textura descrita como húmeda, jugosa,

suave o masticable. Cuando la aw de estos productos disminuye, se mencionan atributos

de textura como duro, seco o pasado. Sin embargo, productos con aw bajas tienen

características de textura descritas como crujiente o tostado, pero cuando los valores se

incrementan, los productos se tornan aguados, suaves. En el caso de polvos o

granulaciones, la actividad del agua afecta sus propiedades de fluidez y

apelmazamiento. La actividad del agua es un parámetro importante controlando la

migración de humedad en productos multicomponentes. Estos productos pueden

contener componentes con distintos niveles de aw, como un pastelito relleno de crema o

cereales con frutas secas. Aunque las velocidades de migración dependen de diversos

factores, la humedad migrará de las regiones de alta humedad a las regiones de menor

humedad, ocasionando cambios indeseables en la textura del producto y sus

componentes. Por ejemplo, en el caso del cereal, la migración de humedad de la fruta

seca hacia el cereal, causará que la fruta se endurezca y el cereal se suavice y pierda su

crujir.

BIBLIOGRAFIA

Salvador Badui Dergal, Química de los alimentos – Cuarta edición, Pearson educación

James M. Jay, Microbiología moderna de los alimentos – Editorial Acribia