Actividad acuática

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Seguridad alimenticia

Condiciones
Enfermedad transmitida por alimentos Buenas prácticas de fabricación (BPF) Análisis de peligros y puntos críticos de control (HACCP) Análisis de peligros y controles preventivos basados en riesgos (HARPC) Punto de control crítico
Factores críticos
FAT TOM pH Actividad de agua (a _w )
Patógenos bacterianos
Clostridium botulinum Escherichia coli Listeria Salmonela Vibrio cholerae Cronobacter spp
Patógenos virales
Enterovirus Hepatitis A Norovirus Rotavirus
Patógenos parasitarios
Cryptosporidium Entamoeba histolytica Giardia Trichinella
v t mi

La actividad de agua ( a _w ) es la parcial presión de vapor de agua en una solución dividida por la parcial estado estándar presión de vapor de agua . En el campo de la ciencia de los alimentos , el estado estándar se define con mayor frecuencia como la presión de vapor parcial de agua pura a la misma temperatura . Usando esta definición particular, el agua destilada pura tiene una actividad de agua de exactamente uno. A medida que aumenta la temperatura, normalmente aumenta a _w , excepto en algunos productos con sal cristalina o azúcar .

Las sustancias de mayor a _w tienden a soportar más microorganismos .

Migra agua de las zonas de alta un _w a áreas de baja un _w . Por ejemplo, si la miel (a _w ≈ 0,6) se expone al aire húmedo (a _w ≈ 0,7), la miel absorbe agua del aire . Si el salami (a _w ≈ 0,87) se expone al aire seco (a _w ≈ 0,5), el salami se seca , lo que podría conservarlo o estropearlo .

Fórmula

Definición de una _w :

{\ Displaystyle a_ {w} \ equiv p / p *}

donde p es la presión de vapor de agua parcial en equilibrio con la solución, yp * es la presión de vapor parcial de agua pura a la misma temperatura.

Definición alternativa:

{\ Displaystyle a_ {w} \ equiv l_ {w} x_ {w}}

donde l _w es el coeficiente de actividad del agua y x _w es la fracción molar de agua en la fracción acuosa.

Relación con la humedad relativa : La humedad relativa (RH) del aire en equilibrio con una muestra también se denomina Humedad Relativa de Equilibrio (ERH). ^[1]

{\ Displaystyle \ mathrm {ERH} = a_ {w} \ times 100 \%}

Vida útil estimada sin moho (MFSL) en días a 21 ° C:

{\ Displaystyle \ mathrm {MFSL} = 10 ^ {7,91-8,1a_ {w}}}

^[2]

Usos

La actividad del agua es una característica importante para el diseño de productos alimenticios y la seguridad alimentaria.

Diseño de productos alimenticios

Los diseñadores de alimentos utilizan la actividad del agua para formular alimentos estables . Si un producto se mantiene por debajo de cierta actividad de agua, se inhibe el crecimiento de moho. Esto da como resultado una vida útil más larga .

Los valores de la actividad del agua también pueden ayudar a limitar la migración de humedad dentro de un producto alimenticio elaborado con diferentes ingredientes . Si las pasas con mayor actividad de agua se empaquetan con copos de salvado con menor actividad de agua, el agua de las pasas migra a los copos de salvado con el tiempo, endureciendo las pasas y empapando los copos de salvado. Los formuladores de alimentos utilizan la actividad del agua para predecir cuánto afecta la migración de humedad a su producto.

Seguridad alimenticia

La actividad del agua se utiliza en muchos casos como un punto de control crítico para los programas de análisis de peligros y puntos críticos de control (HACCP). Las muestras del producto alimenticio se toman periódicamente del área de producción y se analizan para garantizar que los valores de la actividad del agua estén dentro de un rango específico para la calidad y seguridad de los alimentos. Las mediciones se pueden realizar en tan solo cinco minutos y se realizan con regularidad en la mayoría de las principales instalaciones de producción de alimentos.

Durante muchos años, los investigadores intentaron equiparar el potencial de crecimiento bacteriano con el contenido de agua . Descubrieron que los valores no eran universales, sino específicos para cada producto alimenticio. WJ Scott estableció por primera vez que el crecimiento bacteriano se correlacionaba con la actividad del agua, no con el contenido de agua, en 1953. Está firmemente establecido que el crecimiento de bacterias se inhibe a valores específicos de actividad del agua. Las regulaciones de la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) para alimentos de humedad intermedia se basan en estos valores.

Reducir la actividad del agua de un producto alimenticio no debe verse como un paso mortal . Los estudios en leche en polvo muestran que las células viables pueden existir a valores de actividad de agua mucho más bajos, pero que nunca crecen. ^{[ cita requerida ]} Con el tiempo, los niveles de bacterias disminuyen.

Medición

Los valores de la actividad del agua se obtienen mediante un electrolítico resistivo, una capacitancia o un higrómetro de punto de rocío .

Higrómetros electrolíticos resistivos

Los higrómetros electrolíticos resistivos utilizan un elemento sensor en forma de electrolito líquido sostenido entre dos pequeñas varillas de vidrio por fuerza capilar. El electrolito cambia de resistencia si absorbe o pierde vapor de agua. La resistencia es directamente proporcional a la humedad relativa del aire y también a la actividad del agua de la muestra (una vez que se establece el equilibrio vapor-líquido ). Esta relación puede comprobarse mediante una verificación o calibración utilizando mezclas de agua salada, que proporcionan una humedad del aire bien definida y reproducible en la cámara de medición.

El sensor no tiene ninguna histéresis dada físicamente como se conoce por los higrómetros y sensores de capacitancia, y no requiere una limpieza regular ya que su superficie no es el elemento de detección efectivo. Los volátiles, en principio, influyen en el rendimiento de la medición, especialmente aquellos que se disocian en el electrolito y, por lo tanto, cambian su resistencia. Tales influencias pueden evitarse fácilmente mediante el uso de filtros de protección química que absorban el compuesto volátil antes de llegar al sensor.

Higrómetros de capacitancia

Los higrómetros de capacitancia constan de dos placas cargadas separadas por un dieléctrico de membrana de polímero . A medida que la membrana adsorbe agua, aumenta su capacidad para retener una carga y se mide la capacitancia. Este valor es aproximadamente proporcional a la actividad del agua determinada por una calibración específica del sensor .

Los higrómetros de capacitancia no se ven afectados por la mayoría de los productos químicos volátiles y pueden ser mucho más pequeños que otros sensores alternativos. No requieren limpieza, pero son menos precisos que los higrómetros de punto de rocío (+/- 0.015 a _w ). Deben tener controles de calibración regulares y pueden verse afectados por el agua residual en la membrana de polímero (histéresis).

Higrómetros de punto de rocío

La línea roja muestra saturación

La temperatura a la que se forma el rocío en una superficie limpia está directamente relacionada con la presión de vapor del aire. Los higrómetros de punto de rocío funcionan colocando un espejo sobre una cámara de muestra cerrada. El espejo se enfría hasta que se mide la temperatura del punto de rocío mediante un sensor óptico . Esta temperatura luego se usa para encontrar la humedad relativa de la cámara usando tablas psicométricas .

Este método es teóricamente el más preciso (+/- 0,003 a _w ) y, a menudo, el más rápido. El sensor requiere limpieza si se acumula suciedad en el espejo.

Equilibrio

Con cualquiera de los métodos, el equilibrio vapor-líquido debe ocurrir en la cámara de muestra. Esto ocurre con el tiempo o puede ser ayudado por la adición de un ventilador en la cámara. El equilibrio térmico también debe tener lugar a menos que se mida la temperatura de la muestra.

Contenido de humedad

La actividad del agua está relacionada con el contenido de agua en una relación no lineal conocida como curva de isoterma de absorción de humedad . Estas isotermas son específicas de la sustancia y la temperatura. Las isotermas se pueden utilizar para ayudar a predecir la estabilidad del producto a lo largo del tiempo en diferentes condiciones de almacenamiento.

Uso en control de humedad

Hay una evaporación neta de una solución con una actividad de agua mayor que la humedad relativa de su entorno. Existe una absorción neta de agua por una solución con una actividad de agua menor que la humedad relativa de su entorno. Por lo tanto, en un espacio cerrado, se puede utilizar una solución para regular la humedad. ^[3]

Valores seleccionados a _w

Comida
Sustancia	una _w	Fuente
Agua destilada	1,00	^[4]
Agua del grifo	0,99	^{[ cita requerida ]}
Carnes crudas	0,99	^[4]
Leche	0,97	^{[ cita requerida ]}
Jugo	0,97	^{[ cita requerida ]}
Salami	0,87	^[4]
Período de estable cocinado tocino	<0,85	^[5]
Solución saturada de NaCl	0,75	^{[ cita requerida ]}
Punto en el que el cereal pierde crujido	0,65	^{[ cita requerida ]}
Frutos secos	0,60	^[4]
Aire interior típico	0,5 - 0,7	^{[ cita requerida ]}
Miel	0,5 - 0,7	^{[ cita requerida ]}
Mantequilla de maní	≤ 0,35	^[6]

Microorganismos
Inhibición de microorganismos	una _w	Fuente
Clostridium botulinum E	0,97	^[7]
Pseudomonas fluorescens	0,97	^[7]
Clostridium perfringens	0,95	^[7]
Escherichia coli	0,95	^[7]
Clostridium botulinum A, B	0,94	^[7]
Salmonela	0,93	^[8]
Vibrio cholerae	0,95	^[7]
Bacillus cereus	0,93	^[7]
Listeria monocytogenes	0,92, (0,90 en glicerol al 30%)	^[9]
Bacillus subtilis	0,91	^[7]
Staphylococcus aureus	0,86	^[10]
La mayoría de los moldes	0,80	^[10]
Sin proliferación microbiana	<0,60	^[7]

Habitabilidad de planetas solares

El agua es necesaria para la vida en todas sus formas conocidas actualmente en la Tierra . Sin agua, la actividad microbiana no es posible. Incluso si algunos microorganismos pueden conservarse en estado seco (por ejemplo, después de la liofilización ), su crecimiento no es posible sin agua.

Los microorganismos también requieren suficiente espacio para desarrollarse. En bentonita muy compactada y formaciones arcillosas profundas, la actividad microbiana está limitada por la falta de espacio y el transporte de nutrientes hacia las bacterias y la eliminación de toxinas producidas por su metabolismo se controla por difusión en el agua de los poros. Entonces, las "restricciones de espacio y agua" son dos factores limitantes de la actividad microbiana en sedimentos profundos. ^[11] Early biótico diagénesis de sedimentos justo debajo de la planta del océano impulsados por la actividad microbiana (por ejemplo, de bacterias reductoras de sulfato) terminan cuando el grado de compactación se vuelve demasiado importante para permitir el desarrollo de vida microbiana. ^[12]

En la superficie de los planetas y en su atmósfera, las restricciones de espacio no se aplican, por lo tanto, el factor limitante último es la disponibilidad de agua y, por lo tanto, la actividad del agua.

La mayoría de los microorganismos extremófilos requieren suficiente agua para estar activos. El umbral de actividad del agua para su desarrollo ronda el 0,6. La misma regla también debería aplicarse a otros planetas además de la Tierra. Tras la tentadora detección de fosfina (PH ₃ ) en la atmósfera del planeta Venus , en ausencia de un mecanismo químico conocido y plausible que explique la formación de esta molécula, se ha sospechado la presencia de microorganismos en suspensión en la atmósfera de Venus. y la hipótesis de la formación microbiana de fosfina ha sido formulada por Greaves et al. (2020) de la Universidad de Cardiffpreviendo la posibilidad de una ventana habitable en las nubes venusinas a una cierta altitud con un rango de temperatura aceptable para la vida microbiana. ^[13]

Hallsworth y col. (2021) de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Queen's University de Belfast han estudiado las condiciones necesarias para sustentar la vida de microorganismos extremófilos en las nubes a gran altitud en la atmósfera de Venus, donde podrían prevalecer condiciones de temperatura favorables. Además de la presencia de ácido sulfúrico en las nubes, que ya representan un gran desafío para la supervivencia de la mayoría de los microorganismos, llegaron a la conclusión de que la atmósfera de Venus está demasiado seca para albergar vida microbiana. De hecho, Hallsworth et al. (2021) han determinado una actividad de agua ≤ 0,004, dos órdenes de magnitud por debajo del límite de 0,585 para los extremófilos conocidos. ^[14]Entonces, con una actividad de agua en las nubes de Venus 100 veces menor que el umbral de 0.6 conocido en las condiciones de la Tierra, la hipótesis planteada por Greaves et al. (2020) para explicar el origen biótico de la fosfina en la atmósfera de Venus se descarta.

Las mediciones directas de la atmósfera de Venus mediante sondas espaciales apuntan a condiciones muy duras que hacen que probablemente Venus sea un mundo habitable, incluso para las formas de vida más extremas conocidas en la Tierra. La actividad de agua extremadamente baja de la atmósfera de Venus desecada representa el factor limitante para la vida, mucho más severo que las condiciones infernales de temperatura y presión, o la presencia de ácido sulfúrico.

Los astrobiólogos actualmente consideran que se podrían encontrar condiciones más favorables en las nubes de Júpiter donde podría prevalecer una actividad de agua suficiente en la atmósfera siempre que otras condiciones necesarias para la vida también se cumplan en el mismo ambiente (suministro suficiente de nutrientes y energía en un ambiente no natural). medio tóxico). ^[15]^[16]

Referencias

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Lecturas adicionales

Reineccius, Gary (1998). Libro de consulta de sabores . Berlín: Springer. ISBN 978-0-8342-1307-4.
Fennema, OR, ed. (1985). Química de los alimentos (2ª ed.). Nueva York: Marcell Dekker, Inc. págs. 46–50.
Bell, LN; Labuza, TP (2000). Aspectos prácticos de la medición y el uso de isotermas de absorción de humedad (2ª ed.). Egan, MN: AACC Egan Press.

enlaces externos

Efecto isotópico
Medición
http://ac.els-cdn.com/ ^{[ enlace muerto ]}
¿Por qué medir la actividad del agua? , Syntilab
¿Cómo medir la actividad del agua? , Syntilab

[isbn0-632-05327-5-1] Joven, Linda; Cauvain, Stanley P. (2000). Fabricación y calidad de alimentos de panadería: control y efectos del agua . Oxford: Blackwell Science. ISBN 978-0-632-05327-8.

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