Fundamentos de
Atividade de Água
g
Tânia M.
M M.
M Shibata
Decagon Devices LatAm.
“Shelf life is not a function of time, rather it is a function of the
environmental conditions and the amount of quality change
that can be allowed”
T P Labuza
T.P.
L b
Sh lf Life
Shelf
Lif D
Dating
ti off F
Foods,
d FN Press
P
1982,
1982 pg 47
47.
A água é muito importante tanto como
variável
iá l do
d meio
i ambiente
bi t como
ingrediente.
Abusos previstos
 Qual os limites inferiores e superiores de
aw que seu produto pode ser submetido
sem se alterar,, ou mesmo deteriorar?
 Por ex. um comprimido carregado dentro da
bolsa, fica no vestiário com alta UR, dentro do
carro sob
b soll iintenso.
t
Alteração na quantidade de água afeta:
Crocância
Maciez
Fraturabilidade
Suscetibilidade microbiana
Força para quebra
Fatores que influenciam na velocidade do
equilíbrio
 Área superficial – tamanho das partículas,
partículas tipo de
embalagem / barreira
 Velocidade do ar
 Temperatura
 Pressão atmosférica
Preservação do alimentos:
redução
d ã ou imobilização
i bili
ã da
d água
á
salga
congelamento
cristalização
desidratação
conservantes
secagem
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
b
base
seca ou úmida.
ú id
Uma propriedade extensiva que depende da
quantidade de amostra.
http://atividadedeagua.blogspot.com.br/
Atividade de água
g = Estado de energia
g da
água
 Qual a diferença entre a água na
esponja e a água no béquer?
 Entre
E t tantas
t t respostas
t 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.
http://aqualabblog.wordpress.com/2012/07/27/basico-sobre-atividadede-agua-por-dr-gaylon-campbell/
Matriz polimérica: regiões polares e
hidrofílicas
Sherwin, C.P. & Labuza T. P. Beyond Water activity and Glass Transition: A broad perspective on the manner by wich
water can influence reaction rates in Foods. Water Proprietis of Food, Pharmaceutical and Biological Materials. P 343 371
Definindo
Atividade de água - aw
Definições de aw
Potencial
químico
Constante
G
Gases
Temperatura
o + 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
Ág a pura
Água
p ra
Experimento clássico do Dr
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
Inicial
Equilíbrio
Umidade
4%
15%
Atividade de água
0,30
0,75
Bell, L. & Labuza T. “Moisture Sorption – Practical aspects of isotherm measurement
and use” 2000; 2 ed. 122p
Sistema Biscoito Cream Cracker x Queijo
Experimento 2 – Queijo é colocado em recipiente selado contendo solução saturada NaCl =
75% UR até atingir o equilíbrio
Inicial
Final
Umidade
60%
25%
Atividade de Água
0,90
0,75
Experimento 3 – Biscoito e o Queijo são colocados juntos em
um recipiente selado
Para qual lado a água se move
Amostra
Amostra (g)
Água (g)
Sólidos (g)
Biscoito
100
15
85
Queijo
100
25
75
Total
200
40
160
Teoricamente:
Umidade da mistura no equilíbrio
q
40/200 = 20% ((b.u.))
Como as amostras já estão em equilíbrio de aw ou µ,
não haverá migração da água.
Por que medir atividade de água?







Prever o desenvolvimento microbiano
Avaliar as reações químicas e vida de prateleira
Estabilidade física
E b l
Embalagem
– proteção
t ã contra
t umidade
id d ambiente.
bi t
Transferência de umidade entre ingredientes
Intercâmbio de umidade com o meio ambiente
Predição da curva de isoterma – umidade vs aw
Uma vez que o produto está pronto não se tem como aumentar
a sua vida de prateleira. Isso deve ser parametrizado durante o
projeto de formulação.
Silvia Moura - ITAL
aw e Microbiologia
g
Fatores q
que influenciam o desenvolvimento
de micro-organismos







Atividade de água
g
Temperatura
pH
Oxigênio
Nutrientes
Inibidores naturais/preservantes
Etc.
aw e micro-organismos
micro organismos : 55 anos !!
Scott WJ
Scott,
(pesquisador
australiano))
1957
“Water
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
daptado de Troller,
o e , J.
J A. (1987).
( 98 ) Adaptation
daptat o a
and
dg
growth
o t o
of microorganisms
c oo ga s s in e
environments
o e ts with
t
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
Cl t idi
Clostridium
b
botulinum
t li
(E)
0 95 0 97
0,95-0,97
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
p
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
0,82
0,87
0,97
Penicillium patulum
Patulina
0,81-0,85
0,85-0,95
Penicillium expansum
Patulina
0,83-0,85
0,99
A
Aspergillus
ill clavatus
l
t
P t li
Patulina
0 85
0,85
0 99
0,99
Tricotecina
0,90
-
Penicillium citrinum
Trichothecium roseum
Toxina botulínica
 Toxina botulínica representa a toxina biológica mais potente
Toxina botulínica
Dose letal para o homem : 5 gramas mataria a 1.000.000 pessoas !!
Paracelsus (1493-1541) famoso
alquimista médico,
alquimista,
médico astrólogo,
astrólogo e “ocultista”
ocultista
Chamado de “pai” da toxicologia,
g escreveu :
“A dose faz o veneno”
Antes
Depois
Toxina botulínica tipo A
aw e Reações químicas
Oxidação
ç lipídica
p
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.
Velocidade de degradação do aspartame em
f
função
ã d
do pH
H e aw a 30°C
Kinetics course aw and food chemical
kinetics – Theodoro Labuza
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
ç da região
g
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
P d d
Perda
de crocância
â i d
de salgadinhos
l di h
Fluidez do p
pó e empedramento
p
 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
Agentes modificadores de aw
 Sais: NaCl;; KCl.
 Açúcares: Sacarose; Glucose;
 Umectantes: Gliceróis; Sorbitol.
 Antiumectantes: Alumínio Silicato de Sódio; Carbonato
de Cálcio; Carbonato de Magnésio
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.
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
g final e temperatura.
p
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
et odo Poroso
o oso
Cuidados com o seu
instrumento
Sensores
sempre
limpos
Equilíbrio
da
temperatura
Calibração
periódica
Exatidão
Local sem
oscilação
térmica
7,5 ml de
amostra
t
representativ
a
P
Preparo
de
d amostra
t
http://www.aqualab.com/products/accessories/sample-cups/

Frutas frescas, produto cárneos / Sabonetes, baton: cortar em pequenos pedaços
Realizar a leitura imediatamente. Oxidação e perda de água para ambiente alteram o
valor real de aw
aw.

Oleaginosas, cereais, grãos em geral: triturar ou moer a amostra. O longo tempo
moendo e o aumento da temperatura durante a moagem podem alterar o valor de aw.

Ração dura / Comprimidos: quebrar em gral ou triturar levemente. Rações e
comprimidos pequenos podem ser lidos íntegros.

Ração macia contendo propileno glicol: o mesmo procedimento anterior
anterior, entretanto
necessita de leitura imediatamente após a trituração e com sensor apropriado.

Caramelos, caldas, méis, geléias, cremes: não necessitam de preparo, colocar uma
alíquota na cápsula e realizar a leitura.

Sucos e lácteos concentrados, soluções, xampu, loções: adicionar na cápsula e
realizar a leitura.

Pós, farinhas, liofilizados, spray dry: requerem cuidados extras como após
adicionadas na cápsula de amostra leitura imediata em ambiente com temperatura
controlada, evitar que o pó fino contamine o sensor .
AquaLab PRE
Instrumentos Decagon
Agradecemos a sua participação
Decagon
g Devices LatAm
R. José Alves dos Santos, 281
Sala 102 Floradas de S. José
12 230 081
12.230-081
S.J dos Campos – SP
Fone: (12) 3307-1016
 [email protected]