Fundamentos de
Atividade de Água
Tânia M. M. Shibata
Decagon Devices LatAm.
Algumas
perguntas antes
de iniciarmos a
apresentação
Alimentos, Fármacos e Cosméticos
Por que…
o leite em pó empedra?
o pão embolora?
o comprimido quebra?
o cabelo enrola e arma?
a maquiagem mofa?
Fatores que influenciam na velocidade do
equilíbrio
 Área superficial – tamanho das partículas
 Velocidade do ar
 Temperatura
 Pressão atmosférica
Alimentos frescos para todos
durante o ano inteiro
Primavera
Verão
Outono
Inverno
Preservação do alimentos:
redução ou imobilização da água
salga
congelamento
cristalização
desidratação
conservantes
Atividade de água ≠ Umidade
Atividade de água
Medida do estado da energia da água em um sistema.
(Qualitativa).
Uma qualidade interna que não depende da
quantidade de amostra.
Umidade
Quantidade de água presente em uma amostra sobre
base seca ou úmida.
Uma propriedade extensiva que depende da
quantidade de amostra.
Atividade de água = Estado de energia da
água
 Qual a diferença entre a água na
esponja e a água no béquer?
 Entre tantas respostas uma
delas é a energia da água.
 O estado da energia da água
na esponja é menor do que o
estado da energia da água no
béquer.
Definindo
Atividade de água - aw
Definições de aw
Potencial
químico
Constante
Gases
Temperatura
µ = µo + RT ln (f/fo)
Potencial químico
de uma substância pura
Fugacidade
Definição de atividade
Lewis e Randall (1961) : conceito de atividade.
A fugacidade é igual a pressão vapor
(f = p)
aw = f/fo = p/po
Pressão de vapor da água na amostra a ºC
aw = ——————————————————
Pressão de vapor da água pura ºC
aw = URE (%) /100
Atividade de água
Água pura
Experimento clássico do Dr. Ted Labuza
Sistema Biscoito Cream Cracker x Queijo
Experimento 1 - Biscoito é colocado em recipiente selado
contendo solução saturada NaCl = 75% UR até atingir o
equilíbrio
Bell, L. & Labuza T. “Moisture Sorption – Practical aspects of isotherm measurement
and use” 2000; 2 ed. 122p
Resultado do Biscoito após atingir o equilíbrio
Inicial
Final
Umidade
4%
20%
Atividade de água
0,30
0,75
Sistema Biscoito Cream Cracker x Queijo
Experimento 2 – Queijo é colocado em recipiente selado
contendo solução saturada NaCl = 75% UR até atingir o
equilíbrio
Resultado do Queijo após atingir o equilíbrio
Inicial
Final
Umidade
60%
30%
Atividade de Água
0,90
0,75
Pergunta
Experimento 3 – Biscoito e o Queijo são
colocados juntos em um recipiente selado
20% Umidade
30% Umidade
Para qual lado a água se move?
Por que medir atividade de água?







Prever o desenvolvimento microbiano
Avaliar as reações químicas e vida de prateleira
Estabilidade física
Embalagem – proteção contra umidade ambiente.
Transferência de umidade entre ingredientes
Intercâmbio de umidade com o meio ambiente
Predição da curva de isoterma – umidade vs aw
aw e Microbiologia
Fatores que influenciam o desenvolvimento
de micro-organismos







Atividade de água
Temperatura
pH
Oxigênio
Nutrientes
Inibidores naturais/preservantes
Etc.
aw e micro-organismos : 55 anos !!
Scott, WJ
(pesquisador
australiano)
1957
“Water Relations of Food
Spoilage Microorganisms”
Advances Food Research,
7:83-127
Proliferação microbiana
Efeito de vários níveis
de aw na curva de
crescimento e fase
estacionária de
Staphylococcus
aureus.
Proliferação microbiana
Efeito de aw na redução do crescimento da bactéria
Fase estacionária
Fase de proliferação exponencial
Fase de latência
Adaptado de Troller, J. A. (1987). Adaptation and growth of microorganisms in environments with
reduced water activity. In: Water activity: Theory and applications to food Rockland, L. B. and
Beuchat, L. R. eds. Marcel Dekker, Inc.New York p.101-117.
Interação aw -pH
aw Limite para desenvolvimento e toxicidade
Micro-organismos
aw mínima para
Desenvolvimento
Produção Toxina
Clostridium botulinum (E)
0,95-0,97
0,97
Clostridium botulinum (A)
0,93-0,95
0,94-0,95
Clostridium botulinum (B)
0,94
0,93-0,94
Staphylococcus aureus
0,86
0,87-0,90 enterotoxina A
0,97 enterotoxina B
Escherichia coli
0,95
Salmonella
0,93
Listeria monocytogenes
0,93
Bacillus cereus
0,93
Espécie
Micotoxina
aw mínima
Desenvolvimento
aw mínima
Produção
micotoxina
Aspergillus flavus
Aflatoxina
0,78-0,80
0,83-0,87
Aspergillus parasiticus
Aflatoxina
0,82
0,87
Citrinina
0,80
-
Aspergillus ochraceus
Ocratoxina
0,77-0,83
0,83-0,87
Penicillium cyclopium
Ocratoxina
0,81-0,85
0,87-0,90
Penicillium martensii
Ácido penicílico
0,79-0,83
0,99
Penicillium cyclopium
Ácido penicílico
0,82-0,87
0,97
Penicillium patulum
Patulina
0,81-0,85
0,85-0,95
Penicillium expansum
Patulina
0,83-0,85
0,99
Aspergillus clavatus
Patulina
0,85
0,99
Tricotecina
0,90
-
Penicillium citrinum
Trichothecium roseum
aw e Reações químicas
Oxidação lipídica
Degradação de nutrientes
Degradação de nutrientes
Labuza, T. P. 1974. Storage stability and improvement of intermediate moisture foods. NAS Contract 9125-60, Phase II, Final Report:10-81.
Degradação de nutrientes
Kirk, J. R. (1981). Influence of water activity on stability of vitamins in dehydrated foods. In: Water
Activity: Influences on Food Quality Rockland, L. B. and Stewart, G. F. eds. Academic Press, New York
p.631.
Reação de escurecimento não enzimático e
Reação de Maillard
Atividade da enzima
Atividade da enzima
Hidrólise de lecitina
(days)
Acker, L. & Kaiser, H. (1959). Zeitschrift Fuer LebensmittelUntersuchung Und -Forschung. 110:349-356.
Atividade da enzima
Drapron, R. (1985) Enzyme activity a a function of water activity. In Properties of Water in Foods. Simato,
D. and Multon, J.L. (ed.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands.
Textura do alimento em função da região de
sorção na isoterma
Região 1
(baixa umidade)
Seco
Duro
Quebradiço
Encolhido
Região 2
(umidade intermediária)
Seco
Firme
Flexível
Região 3
(alta umidade)
Úmido
Macio
Inchado
Pegajoso
Perda de crocância de salgadinhos
Fluidez do pó e empedramento
 Para se manter as propriedades de fluidez e
prevenir o empedramento de pós
 Estabelecer o valor de aw crítico
 Tratamento dos pós para valores abaixo do
aw crítico.




Utilizar embalagem de alta barreira a umidade
Armazenar a baixas temperaturas
Saches dessecantes
Adição de agentes antiumectantes
Algodão doce em diferentes UR
Lactose amorfa
Lactose a 25°C
após 4 horas
em diferentes
UR:
A: 0%UR*
B: 50%UR
C: 60%UR
D: 90%UR
Micro cápsulas de aromas
 90% UR t=0h
1000mm
 90% UR t=10h
Agentes modificadores de aw
 Sais: NaCl; KCl.
 Açúcares: Sacarose; Glucose;
 Umectantes: Gliceróis; Sorbitol.
 Antiumectantes: Alumínio Silicato de Sódio; Carbonato
de Cálcio; Carbonato de Magnésio.
 Plastificantes: Monoglicerídeos acetilados; Citratos de
alquila (embalagens); Óleos vegetais.
PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO
AQUALAB SERIES 4
Ponto de Orvalho
Ponto de Orvalho
O espelho se resfria até que se forme o orvalho.
Célula fotoelétrica detecta o ponto exato da primeira
condensação no espelho. Um termopar grava a
temperatura na qual ocorreu a condensação.
AquaLab então emite um sinal sonoro e apresenta os
valores de atividade de água final e temperatura.
Constante dielétrica
Sensores dielétricos
A umidade altera as propriedades elétricas de um
material higroscópico em equilíbrio com o ar que
está sobre a amostra.
Constante dielétrica ou Capacitância
Eletrodo Poroso
Cabos Elétricos
Polímero
Higroscópico
Eletrodo Poroso
Cuidados com o seu
instrumento
Sensores
sempre
limpos
Equilíbrio
da
temperatura
Calibração
periódica
Exatidão
Local sem
oscilação
térmica
7,5 ml de
amostra
representativ
a
Instrumentos Decagon
Agradecemos a sua participação
Decagon Devices LatAm
R. José Alves dos Santos, 281
Sala 102 Floradas de S. José
12.230-081
S.J dos Campos – SP
Fone: (12) 3307-1016
 [email protected]