Actividad de agua (a_w) en polvos

1. Definición de actividad de agua

¿A qué se refiere con actividad de agua?

La actividad de agua en un material se define como una relación de presión de vapor. Un sólido húmedo, como un polvo en el caso estudiado aquí, genera efectivamente una presión parcial de agua, que puede compararse con la presión de vapor del agua a la misma temperatura. La actividad de agua suele representarse con el símbolo a_w.

¿Qué afecta la actividad de agua?

Cuanto mayor sea la presión de vapor de agua sobre el material, mayor será la actividad de agua en los sólidos a granel. La presión de vapor debida al material es un indicador de qué tan fuertemente está unido el agua contenida en el material. De hecho, no toda la humedad puede "liberarse" para crear una fase de vapor sobre el sólido. Por eso, la actividad de agua a veces se refiere como un indicador del "agua libre" disponible en el sólido.

¿Es lo mismo la actividad de agua que el contenido de humedad?

Sin embargo, debe señalarse que la actividad de agua es diferente a la "humedad" o "contenido de humedad" que cuantifican la cantidad total de agua contenida en un material (gramos de agua / gramos de sólidos). El contenido de humedad agrupa, por lo tanto, el agua "disponible", que contribuye a la actividad de agua, y el agua "no disponible" o unida, que no lo hace. Esta distinción es muy importante, especialmente en el caso de los alimentos, donde el desarrollo de microorganismos está directamente relacionado con el "agua libre".

Es posible relacionar la actividad de agua con la humedad relativa de equilibrio humedad relativa.

2. Fórmula de cálculo de la actividad de agua

¿Cómo calcular la actividad de agua? ¿Cuál es la ecuación de la actividad de agua?

La relación entre ambas presiones de vapor da la actividad de agua en el sólido a granel. Puede calcularse mediante la siguiente fórmula de actividad de agua:

a_w = p/p⁰

Donde:

a_w = actividad de agua (adimensional)
p = presión parcial de agua (Pa) en equilibrio con el polvo a temperatura T
p⁰ = presión de vapor de agua correspondiente (Pa) a temperatura T

La actividad de agua puede relacionarse con la humedad relativa de equilibrio (HRE) mediante la siguiente fórmula:

HRE (%) = a_w * 100%

Ejemplo de cálculo de actividad de agua: paso a paso

Consideremos una galleta; queremos conocer su actividad de agua. La galleta se coloca en un aparato de prueba cerrado a 25 °C y se deja en equilibrio con el aire. Después de un tiempo, se mide la presión parcial de agua en el aire que rodea la galleta. La presión parcial es de 947 Pa.

-> p = 947 Pa

La medición se realiza a 25 °C; la presión de saturación del agua a esta temperatura es de 3158 Pa.

-> p0 = 3158 Pa

La relación p/p0, que es la fórmula de actividad de agua, puede calcularse entonces:

-> fórmula de actividad de agua = a_w = p/p0 = 947 / 3158 = 0.3

3. Cómo medir la actividad de agua

¿Qué es la prueba de actividad de agua?

La actividad de agua debe medirse colocando una muestra en equilibrio con la fase gaseosa que la rodea y luego midiendo la humedad relativa del aire. Como se ha visto, la humedad relativa de equilibrio puede relacionarse con la actividad de agua. Es fundamental controlar bien la temperatura de la muestra durante la medición, ya que la humedad relativa depende de la temperatura (la presión del agua pura cambia en función de la temperatura), y la precisión de la medición dependerá directamente de qué tan bien se mida la temperatura.

Repetir la medición a temperatura constante, pero con diferentes contenidos de humedad permite determinar la isoterma de sorción de humedad de un material. La relación entre la actividad de agua y la humedad no es lineal, lo que significa que un aumento en la humedad no cambia la actividad de agua en las mismas proporciones. Las isotermas de sorción proporcionan indicaciones muy valiosas para el diseño de procesos o para garantizar que un material no se deteriore con el tiempo, en el caso de los alimentos.

Medidores de actividad de agua

Diferentes proveedores han desarrollado medidores de actividad de agua (a_w) a escala de banco que permiten realizar mediciones rápidas de la actividad de agua de una muestra.

La empresa Syntilab comercializa este tipo de instrumentos: https://www.syntilab.fr/

(Nota: PowderProcess.net no tiene relación con esta empresa)

4. Interpretación y relación con la fluidez de la actividad de agua

Mantener el control de la actividad de agua en sólidos a granel es crítico para garantizar su flujo adecuado. De hecho, si la actividad de agua es demasiado alta, un sólido tenderá a la aglomeración, formación de grumos y, en general, a una mala fluidez. El contenido de agua es entonces lo suficientemente alto como para crear pequeños puentes de agua entre partículas y modificar su comportamiento de flujo.

Es posible con un reómetro de polvos medir la relación entre la "fluidez" y la actividad de agua. Se miden polvos con diferentes actividades de agua; si la energía necesaria para hacerlos fluir cambia radicalmente a una cierta actividad de agua, entonces el polvo es sensible.

5. Actividad de agua en alimentos: Crecimiento de microorganismos

¿Cuál es el papel de la actividad de agua en la seguridad y calidad de los alimentos?

Actividad de agua en la conservación de alimentos

La posibilidad de que los microorganismos crezcan en un material está vinculada a la actividad de agua del mismo. Debe alcanzarse un cierto límite para permitir que los microorganismos vivan y se desarrollen, ya que requieren "agua libre" para hacerlo. Por lo tanto, es obligatorio para los productores de alimentos garantizar que sus productos tengan una actividad de agua por debajo de ciertos niveles para inhibir bacterias, mohos o levaduras.

¿Cambia la actividad de agua con el tiempo?

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la actividad de agua al final de la producción es un dato esencial para garantizar la seguridad alimentaria, pero también debe considerarse el posible cambio en la actividad de agua debido al intercambio con ambientes más secos o húmedos a través del envasado con el paso del tiempo.

¿Qué se considera baja actividad de agua?

Como orden de magnitud, una actividad de agua inferior a 0,6 debería evitar el crecimiento de microorganismos. No obstante, la mayoría de los materiales deben secarse aún más para asegurar su total inocuidad y estabilidad en el tiempo (por ejemplo, las fórmulas infantiles se secan hasta 0,2 de *aw*). El valor objetivo de actividad de agua para garantizar un producto seguro debe revisarse para cada sustancia y contrastarse con normativas aplicables.

Actividad de agua en algunos alimentos comunes

La tabla siguiente ofrece un orden de magnitud de la actividad de agua de algunos alimentos:

Alimento	Actividad de agua (*aw*)
Agua	1
Carne / Pescado	0,99
Pan	0,95
Queso	0,85
Mermelada	0,8
Frutos secos	0,6
Galletas	0,3
Leche en polvo, café en polvo	0,2
Pasta	0,2