Actividad del agua ¿Qué se conoce como actividad de agua?

¿QUÉ SE CONOCE COMO ACTIVIDAD DE AGUA?

Dentro de un sistema alimentario se conoce como actividad de agua o aw, al cociente entre la presión parcial de vapor de agua contenida en el alimento (Pa) y la presión parcial de vapor del agua pura (Po) a una temperatura determinada (Gutiérrez, 2000). Más sin embargo, la definición correcta de actividad de agua, desde el punto de vista termodinámico, sería la relación entre la presión de vapor del agua en equilibrio con la solución (Pequi) frente a la presión de vapor del agua pura (Po), a la misma temperatura y presión que la solución (Gutiérrez, 2000). Si además se tiene en cuenta por la ley de Raoult que dicha relación depende del número de moles de soluto (n1) y de solvente (n2), se puede deducir lo siguiente:

a_w=P_a/P_o =P_equi/P_o =n_1/(n_1+n_2 )

Puede observarse cómo este parámetro viene dado por una relación entre dos magnitudes semejantes y por tanto está representada por un número sin dimensiones. Por consiguiente, esta medida sólo tendrá sentido práctico cuando se le relacione con una situación patrón, que en este caso es la del agua pura, cuya presión de vapor se fija por conveniencia en la unidad. Debido a esto, la actividad presentada por el agua contenida en un alimento siempre será igual, o inferior, a uno.

De igual manera, la actividad de agua está íntimamente relacionada a la humedad relativa del espacio fisicoquímico que rodea al alimento. La humedad relativa hace referencia a la cantidad de vapor de agua contenida en un volumen específico de aire, comparado con la cantidad máxima de vapor de agua alcanzado por un aire enfriado a una temperatura específica. En otras palabras, la actividad de agua es igual al valor alcanzado por la humedad relativa de equilibrio del alimento (HRE), punto en el que no se gana ni se pierde agua, es decir:

a_w=HRE(%)/100

A temperaturas de subenfriamiento (por debajo de la temperatura de congelación), la aw se define de forma algo diferente:

a_w=P_w/(P_sw° )

En la que Pw es la de vapor del agua generada por la muestra congelada y Pswo es la presión de vapor del agua pura subenfriada a la misma temperatura. Desde el punto de vista termodinámico, en este caso el estado de referencia es el agua subenfriada. Si la presión de vapor del hielo tuviera que ser utilizada como Pswo, todas las muestras que contengan hielo, tendrían una actividad de agua igual a 1 (Martínez y col., 1998). En presencia de una fase de hielo, la aw se hace independiente de la composición química y dependiente únicamente de la temperatura (relación equilibrio hielo-disolución).

El proceso de alcanzar el equilibrio termodinámico puede tomar un tiempo apreciable, dependiendo de las características físicas y de transporte del alimento, sus dimensiones y otros parámetros como la temperatura. La naturaleza química de los componentes del alimento también juega un rol importante dentro de la actividad del agua, ya que, el tipo de influencia observada va a depender de las sustancias presentes en el alimento, un ejemplo de ello es la presencia de electrolitos como los cationes Na+ o K+, que suelen estar hidratados en la solución y, de este modo, reducen el número de enlaces de hidrógeno que pueda haber entre las moléculas de agua y otros componentes; así pues, los alimentos ricos en proteínas, aminoácidos libres y sales ionizadas, obviamente podrán retener o ligar más agua adsorbida que los alimentos grasos o ricos en carbohidratos.

Debido al fenómeno descrito, la actividad de agua de un alimento se puede reducir, o bien deshidratando o secando el alimento (remoción directa de agua) o bien agregando al alimento compuestos polares o ionizados capaces de adsorber o atar agua (como sal de mesa, proteínas, glicerina, azúcar, etc.). Por las mismas razones la sal y las proteínas tendrán mayor capacidad de atar agua que los azúcares y la glicerina. Esta última comprende la práctica empleada durante la fabricación de mermeladas, jaleas, concentrados de azúcar y productos salados o en salmuera.

ISOTERMAS DE SORCIÓN

Para una temperatura dada, y siempre en estado de equilibrio, se puede representar de modo gráfico la relación entre el contenido acuoso de un alimento (expresado en g de agua por g de materia seca) y la actividad de agua o contenido de humedad en equilibrio. Esta relación establecida entre el agua adsorbida por un alimento frente a la humedad relativa del medio que le rodea a una temperatura determinada se describe como una isoterma y en ella cabe distinguir tres zonas diferenciadas: las zonas A, B y C, que corresponden a los diferentes tipos de interacciones entre las moléculas de agua y los demás componentes. Los límites entre ellas dependen de la naturaleza del alimento.

La zona A corresponde a las actividades comprendidas entre 0 y 0,2. En esta zona se encuentra el agua que forma una capa monomolecular, desarrollada cuando una fracción del agua interacciona directamente con las superficies polares que existen en el alimento, como pueden ser los grupos ionizados de proteínas, carboxilos y aminos, así como los grupos hidroxilo de los almidones.

Este tipo de agua ligada, es muy difícil de separar en los procesos térmicos comerciales de secado; sólo se elimina en algunos casos durante la deshidratación, pero nunca congela. Entre las funciones de la zona A están disolvente, difusión y participación en reacciones como la oxidación de los lípidos.

Por otra parte, la zona B, que presenta la zona de mayor interés en la isoterma, corresponde a múltiples capas de agua y presenta unas características muy particulares. Es una zona en la que un pequeño cambio en el contenido acuoso se traduce en grandes variaciones de los valores de su actividad. En esta zona la gráfica asume diversas configuraciones en consonancia con las propiedades y la naturaleza higroscópica (capacidad de absorber o ceder humedad) del alimento.

Por último en la zona C el agua del alimento presenta actividades bastante próximas a la del agua pura. Es la más abundante en la mayoría de los alimentos y está disponible para cualquier tipo de reacción o para la proliferación microbiana. Se elimina fácilmente por calentamiento, quedando situada su actividad en valores muy próximos a 0,8 con ligeras variaciones según la naturaleza del alimento. Esta zona forma parte de soluciones que llevan disueltas sales, azúcares y otras sustancias de bajo peso molecular.

EL FENÓMENO DE HISTÉRESIS EN LAS ISOTERMAS DE SORCIÓN

En muy pocas oportunidades las isotermas de un proceso de hidratación (fenómenos de adsorción) coinciden en su representación grafica con las isotermas de los procesos de desecación (fenómenos de deserción). Esto significa que ambos procesos siguen caminos distintos en un sistema de alimento. En otras palabras, en esta zona de la isoterma, los procesos no son reversibles, fenómeno tan particular al que se le denomina histéresis, debido a su comportamiento no lógico.

Estas curvas de histéresis pueden variar ampliamente para los diversos alimentos y, a menudo, alimentos idénticos pueden presentar patrones de isotermas diferentes cuando cambia la temperatura. Esta diversidad puede ser interpretada como una consecuencia de la variabilidad que acompaña a la concentración de los componentes químicos del alimento, así como a la incidencia de algunos cambios producidos en los factores de porosidad capilar, que caracterizan a cada alimento (Gutiérrez, 2000).

Este concepto del fenómeno de histéresis en las curvas de isotermas, es de gran importancia en todos los procesos tecnológicos que se aplican a los alimentos, debido a que este tipo de comportamiento permite hacer predicciones acerca de su comportamiento y conservación.

INCIDENCIA DE LA ACTIVIDAD DE AGUA SOBRE LA ESTABILIDAD DEL ALIMENTO

La actividad de agua permite también hacer inferencia de la tendencia que posee un determinado alimento a sufrir alteraciones de origen microbiano, enzimático o químico. Los niveles de aw que contribuyen a la alteración del alimento varían de acuerdo con el tipo de alimento, la concentración de solutos, temperatura, pH, presencia de aditivos humectantes y otros factores.

Así los alimentos que poseen un contenido acuoso de 5-10%, presentan actividades de agua que se ubican en la región A de una isoterma, región que se suponen corresponden al agua enlazada como monocapas y multicapas, rango en el que el alimento requiere de un mínimo de procesos para su conservación y buena estabilidad. Pero a pesar de ello, esta zona baja de aw puede ofrecer el medio suficiente para la oxidación de lípidos, aspecto que se conoce como enranciamiento de las grasas.

Es importante destacar que a valores bajos de aw se produce una acción antioxidante por parte del agua del alimento, capaz de reducir la velocidad de enranciamiento, pero a valores superiores de 0,5 la reacción comienza de nuevo a ser acelerada y la alteración puede alcanzar toda su magnitud.

En esta zona A de la isoterma, además de la oxidación lipídica, puede ocurrir el pardeamiento no enzimático o las alteraciones debidas a la acción de enzimas. Sin embargo la aw tiene su efecto positivo sobre la actividad de las enzimas presentes, de tal modo que la mayor parte de las reacciones enzimáticas están condicionadas por la actividad de agua. En diversos casos de hidrólisis, la actividad enzimática ya comienza a manifestarse por encima de 0,1 y se incrementa de modo considerable cuando la actividad alcanza el valor de 0,7. Parece que el agua resulta necesaria porque además de disolvente,

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