El agua es el componente más abundante de los alimentos y, en términos de seguridad alimentaria, el más importante. Su presencia, cantidad y naturaleza determinan muchos procesos químicos y bioquímicos cruciales para el control de la seguridad y calidad del producto. La actividad acuosa en alimentos es un parámetro que está íntimamente ligado a su vida útil, ya que es uno de los factores intrínsecos que influyen en su deterioro.
Conocer la actividad del agua en cada alimento o producto alimentario ayuda a establecer el tiempo que puede pasar antes de que el fabricante pueda garantizar su seguridad y su óptima calidad (vida útil).
¿Qué es la Actividad del Agua (aw)?
La actividad de agua (aw), abreviada por sus siglas en inglés water activity, se refiere a la cantidad de agua libre en un alimento, es decir, el agua disponible para el crecimiento de microorganismos y para reacciones químicas o biológicas. Explicado de la forma más simple posible, podemos decir que se trata de la humedad de un alimento en equilibrio, o lo que es lo mismo, de la energía de las moléculas del agua en un sistema concreto.
La actividad de agua es una medida termodinámica de la presión, que se expresa en valores entre 0 y 1 (donde 1 sería el agua pura). Se calcula dividiendo la presión de vapor parcial del agua en una solución entre la presión de vapor del agua en estado estándar (la presión de vapor parcial del agua pura a la misma temperatura). A medida que aumenta la temperatura, la aw típicamente aumenta, excepto en algunos productos con sal cristalina o azúcar.
Diferencia entre Actividad del Agua y Contenido de Humedad
Es importante no confundir la actividad de agua (aw) con el contenido de humedad. Aunque ambos términos están relacionados, no son lo mismo:
- El contenido de humedad mide la cantidad total de agua presente en el alimento, tanto el agua libre como la que está unida a otras moléculas.
- La actividad de agua, por otro lado, mide únicamente el agua que está disponible para reacciones químicas y biológicas, es decir, el agua que puede ser utilizada por microorganismos.
Por ejemplo, productos como la miel o las frutas deshidratadas pueden tener un alto contenido de humedad, pero una baja actividad de agua debido a la presencia de azúcares, que retienen el agua y la hacen no disponible para los microorganismos.
Importancia de la Actividad del Agua en la Seguridad Alimentaria y Calidad
La actividad del agua tiene una relación causa-efecto con la proporción de agua disponible en los alimentos para reacciones biológicas o químicas (por ejemplo, la proliferación de bacterias, levaduras y mohos). Es un parámetro crítico para determinar la vida útil y la seguridad de un producto.
Relación con la Temperatura y el pH
La aw no funciona de forma aislada a otros parámetros fundamentales para la seguridad alimentaria como la temperatura o el pH. Al aplicar temperatura, el agua tiene más energía disponible, por lo que su actividad (aw) aumenta, lo que puede favorecer las reacciones biológicas o químicas. Por otro lado, el pH combinado con la aw puede actuar de barrera a estas reacciones, y por lo tanto, conservar más tiempo los alimentos. En otras palabras, se puede mantener artificialmente el control microbiano a niveles que normalmente se considerarían inseguros, si solo se considera el pH o solo la actividad acuosa.
La Actividad del Agua y el Crecimiento Microbiano
Los microorganismos, y entre ellos los causantes de toxiinfecciones alimentarias, necesitan agua para poder crecer y desarrollarse. El agua es uno de los principales componentes de los alimentos y también un factor directamente relacionado con su vida útil.
Los valores de la actividad del agua determinan el tipo de reacciones químicas y biológicas en un alimento. Los mohos son los que necesitan valores más bajos, mientras que las bacterias requieren los valores más altos para proliferar. Los alimentos con baja aw se conservan en óptimas condiciones durante períodos más largos de tiempo, mientras que aquellos cuya actividad de agua es elevada tienen una conservación mucho más delicada.
Efecto en Mohos, Bacterias y Levaduras
- Mohos: Necesitan una actividad acuosa menor para proliferar (generalmente por debajo de 0.80). Por eso son más habituales en el pan y en el queso. Muchos tipos de mohos no son perjudiciales para la salud, aunque sí afectan a la calidad de los alimentos (olor, sabor, color), pero hay otros que sí pueden entrañar riesgos al producir micotoxinas.
- Levaduras u hongos: Necesitan una proporción menor que las bacterias para proliferar. Pueden afectar al olor, al sabor y al color de los alimentos, aunque no suelen ser perjudiciales para la salud.
- Bacterias: Bacterias como la Listeria, la Salmonella o el Campylobacter, son las que necesitan una mayor proporción de aw para proliferar, mayoritariamente superior al 0.90. Por eso los alimentos con una mayor actividad acuosa (verduras, frutas, carnes, pescados y frescos en general) suelen requerir técnicas de conservación industriales y refrigeración. La mayoría de las bacterias patógenas requieren una aw por encima de 0.96 para poder multiplicarse.
Valores Mínimos de Actividad del Agua para el Crecimiento Microbiano
La siguiente tabla muestra la actividad de agua mínima que inhibe el crecimiento de diversos microorganismos:
| Microorganismo inhibido | aw |
|---|---|
| Clostridium botulinum E | 0.97 |
| Pseudomonas fluorescens | 0.97 |
| Clostridium perfringens | 0.95 |
| Escherichia coli | 0.95 |
| Clostridium botulinum A, B | 0.94 |
| Salmonella | 0.93 |
| Vibrio cholerae | 0.95 |
| Bacillus cereus | 0.93 |
| Listeria monocytogenes | 0.92 (0.90 en 30% de glicerol) |
| Bacillus subtilis | 0.91 |
| Staphylococcus aureus | 0.86 |
| La mayoría de los mohos | 0.80 |
| Sin proliferación microbiana | < 0.60 |
Reacciones Beneficiosas Relacionadas con la aw
Las reacciones relacionadas con la aw no siempre son perjudiciales. En nuestra dieta hay una gran variedad de alimentos a los que se les ha aplicado de forma controlada reacciones físicas y químicas relacionadas con la actividad acuosa, como la fermentación: vinos, cervezas, panes, yogures, queso azul, etc. En estos alimentos, las levaduras, los hongos y las bacterias (algunas son habituales en publicidad como la Lactobacillus) preservan los nutrientes, potencian los sabores y facilitan la digestión. Es importante que la reacción se lleve a cabo en entornos en los que se puedan controlar todos los parámetros para que no superen los límites de inocuidad y calidad necesarios.
¿Qué es la fermentación? - ¿Cómo se elabora el Vino?
Actividad del Agua Estimada en Diferentes Alimentos y Verduras
La actividad del agua varía significativamente entre diferentes tipos de alimentos, lo que explica sus distintas necesidades de conservación. El 95% de un tomate es agua. También tienen un alto contenido de agua las manzanas (85%), las espinacas (91%) o las patatas (80%).
A continuación, se presenta una tabla con la actividad del agua estimada para varios alimentos, incluyendo verduras:
| Alimento | Actividad del agua estimada (aw) |
|---|---|
| Lechuga, tomate | 0.97 |
| Col, brócoli | 0.95 |
| Zanahorias, patatas | 0.93 |
| Cítricos | 0.94 |
| Zumos de fruta | 0.95 |
| Leche | 0.97 |
| Manzanas, cerezas | 0.94 |
| Aves de corral crudas | 0.98 |
| Carne magra cruda | 0.98 |
| Pan blanco | 0.91 |
| Cerveza | 0.88 |
| Queso | 0.91 |
| Salami | 0.87 |
| Conservas | 0.85 |
| Frutos secos | 0.7 |
| Miel | 0.6 |
| Mantequilla | 0.4 |
| Harina de trigo | 0.3 |
| Pasta seca | 0.3 |
| Leche en polvo | 0.2 |
Los alimentos frescos o listos para consumir (como arroces, pastas o la mayoría de las verduras) suelen tener niveles de aw por encima de 0.95, lo que favorece la multiplicación microbiana. Aquellos con un número inferior de aw deben entenderse como alimentos que tardan más en perecer.
- < 0.60: Muy baja actividad de agua (Ej: Miel, harina de trigo, leche en polvo).
- 0.71 a 0.79: Baja actividad de agua.
- 0.87 a 0.89: Alimentos con actividad de agua moderada.
- 0.90 a 0.94: Alta actividad de agua.
- 0.95 a 0.99: Son los alimentos con más alta actividad de agua (Ej: la mayoría de las verduras frescas, carnes, pescados).
Métodos para Reducir la Actividad del Agua en los Alimentos
Reducir la actividad de agua en un alimento es fundamental para evitar la proliferación de microorganismos y extender la vida útil del producto. La conservación de alimentos reduciendo la actividad del agua se practica desde mucho antes de que se entendiera el concepto.
Existen varios métodos para lograr esto:
- Deshidratación y Evaporación: Es la eliminación de agua mediante la aplicación de calor (evaporación) o secado. Métodos como el secado al sol, el secado por aire caliente o la liofilización eliminan gran parte del agua libre. Por este motivo, los alimentos deshidratados (como frutas o carne seca) duran más que los alimentos que no han pasado por este proceso. Este método es muy utilizado en algunos productos de la exportación agrícola para asegurar su mantenimiento durante el transporte.
- Adición de Solutos: Se puede reducir la aw agregando solutos como azúcar, glicerol y sal.
- Adición de azúcares: El azúcar actúa como un humectante, reteniendo el agua y reduciendo la actividad de agua disponible. Este método se usa comúnmente en productos como las mermeladas o frutas confitadas.
- Adición de sal: Similar al azúcar, la sal reduce la actividad de agua al atraer el agua disponible, disminuyendo la posibilidad de crecimiento microbiano. Este principio se utiliza en la conservación de carnes curadas y saladas.
Control de la Actividad del Agua en la Industria Alimentaria
La actividad del agua es una consideración importante para el diseño de productos alimenticios y la seguridad alimentaria. Los diseñadores de alimentos la utilizan para formular alimentos estables en la estantería. Si un producto se mantiene por debajo de cierta actividad de agua, entonces se inhibe el crecimiento de moho, lo que resulta en una vida útil más larga. Los valores de actividad del agua también pueden ayudar a limitar la migración de humedad dentro de un producto alimenticio elaborado con diferentes ingredientes.
Por ejemplo, si las pasas de una actividad de agua más alta se empaquetan con hojuelas de salvado de una actividad de agua más baja, el agua de las pasas migrará a las hojuelas de salvado con el tiempo, haciendo que las pasas sean duras y las hojuelas de salvado empapadas. Los formuladores de alimentos utilizan la actividad del agua para predecir cuánta humedad afecta la migración a su producto.
La Actividad del Agua en un Plan APPCC
La actividad del agua se usa en muchos casos como un punto de control crítico (PCC) para los programas de Análisis de Peligros y Puntos de Control Críticos (APPCC o HACCP). Dentro del APPCC en la empresa alimentaria, la actividad acuosa en alimentos constituye un punto de control crítico dentro del área de producción. Periódicamente, se toman muestras del producto alimenticio del área de producción y se analizan en laboratorio para garantizar que los valores de actividad del agua se encuentren dentro de un rango específico que asegura la calidad y seguridad de los alimentos.
Prácticas de Higiene Relacionadas con la aw
El control del peligro de proliferación microbiana para mantener el riesgo en mínimos aceptables se traduce en prácticas concretas. La conservación de los alimentos en la nevera o en el congelador, por ejemplo, hace que la aw se mantenga más tiempo en límites inferiores al porcentaje mínimo que necesitan las bacterias, los hongos y las levaduras para empezar a proliferar.
Las pautas de congelación y descongelación, como una congelación rápida, también procuran un control efectivo de la aw. Una congelación lenta produce una deshidratación de las moléculas del alimento que aumenta la energía del agua y, por lo tanto, unos valores óptimos para el crecimiento microbiano durante más tiempo. Cocinar inmediatamente los alimentos tras la descongelación también es fundamental, dado que los cambios de textura que tienen lugar durante la congelación los hacen vulnerables a la entrada de microorganismos que no han podido penetrar al interior y se encontraban en la superficie.
Estas prácticas, sumadas a las técnicas que se aplican en fábrica (alteración del pH, envasado al vacío para reducir el oxígeno al mínimo -que recordemos es un componente del agua-, fermentación, etc.), constituyen algunas de las barreras que alteran artificialmente los factores intrínsecos y extrínsecos que inciden en el deterioro para alargar la vida útil de los alimentos y que sean seguros y de calidad por más tiempo.
Medición de la Actividad del Agua en Laboratorio
Llevar a cabo análisis de actividad acuosa en alimentos para determinar la eficacia de los planes APPCC o para realizar controles de calidad es un imprescindible en la empresa alimentaria. Las mediciones se pueden hacer en tan solo cinco minutos y se realizan regularmente en la mayoría de las instalaciones de producción de alimentos importantes.
Los valores de actividad del agua se obtienen mediante el uso de higrómetros, que pueden ser electrolíticos resistivos, de capacitancia o de punto de rocío.
- Higrómetros electrolíticos resistivos: Utilizan un elemento sensor de electrolito líquido que cambia su resistencia si absorbe o pierde vapor de agua. La resistencia es directamente proporcional a la humedad relativa del aire y a la actividad del agua de la muestra una vez que se establece el equilibrio vapor-líquido. Este sensor no presenta histéresis física y no requiere limpieza regular.
- Higrómetros de capacitancia: Consisten en dos placas cargadas separadas por una membrana polimérica dieléctrica. A medida que la membrana absorbe agua, aumenta su capacidad para mantener una carga, y se mide la capacitancia, que es aproximadamente proporcional a la actividad del agua. No se ven afectados por la mayoría de los productos químicos volátiles y son más pequeños, pero son menos precisos y pueden verse afectados por el agua residual en la membrana.
- Higrómetros de punto de rocío: Funcionan colocando un espejo sobre una cámara de muestras cerrada. El espejo se enfría hasta que se forma rocío, y la temperatura del punto de rocío se mide con un sensor óptico. Esta temperatura se usa para encontrar la humedad relativa de la cámara. Este método es teóricamente el más preciso y a menudo el más rápido, aunque el sensor requiere limpieza si se acumulan residuos en el espejo.
Con cualquiera de estos métodos, el equilibrio vapor-líquido y el equilibrio térmico deben ocurrir en la cámara de muestras. La actividad del agua está relacionada con el contenido de agua en una relación no lineal conocida como curva isoterma de absorción de humedad. Estas isotermas son específicas de la sustancia y la temperatura, y se pueden usar para ayudar a predecir la estabilidad del producto a lo largo del tiempo en diferentes condiciones de almacenamiento.
¿Qué es la fermentación? - ¿Cómo se elabora el Vino?
Es importante recordar que la actividad del agua no constituye el único punto de control crítico en una cadena alimentaria. Factores intrínsecos y extrínsecos como la disponibilidad de oxígeno, el pH, la humedad ambiental, entre otros, también son cruciales.