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 cabelo enrola e arma? a maquiagem mofa?

o comprimido quebra?

Fatores que influenciam na velocidade do equilíbrio Área superficial – tamanho das partículas

Velocidade do ar

Temperatura

Pressão atmosférica

Primavera Verão Outono Inverno

Alimentos frescos para todos durante o ano inteiro

Preservação do alimentos: redução ou imobilização da água

salga cristalização

congelamento 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

µ = µo + RT ln (f/fo)

Fugacidade

Constante Gases Temperatura

Potencial químico

Potencial químico de uma substância pura

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

Definição de atividade

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

Inicial Final Umidade 4% 20% Atividade de água 0,30 0,75

Resultado do Biscoito após atingir o equilíbrio

Experimento 2 – Queijo é colocado em recipiente selado contendo solução saturada NaCl = 75% UR até atingir o equilíbrio

Sistema Biscoito Cream Cracker x Queijo

Inicial Final Umidade 60% 30% Atividade de Água 0,90 0,75

Resultado do Queijo após atingir o equilíbrio

Experimento 3 – Biscoito e o Queijo são colocados juntos em um recipiente selado

Para qual lado a água se move?

Pergunta

20% Umidade 30% Umidade

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

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

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.

Fase de latência

Fase de proliferação exponencial

Fase estacionária

Proliferação microbiana

Interação aw -pH

aw Limite para desenvolvimento e toxicidade aw mínima para Micro-organismos 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

Penicillium citrinum 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

Trichothecium roseum Tricotecina 0,90 -

aw e Reações químicas

Oxidação lipídica

Degradação de nutrientes

Labuza, T. P. 1974. Storage stability and improvement of intermediate moisture foods. NAS Contract 9-125-60, Phase II, Final Report:10-81.

Degradação de nutrientes

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

(days)

Hidrólise de lecitina

Acker, L. & Kaiser, H. (1959). Zeitschrift Fuer Lebensmittel-Untersuchung Und -Forschung. 110:349-356.

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.

Atividade da enzima

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

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

Fluidez do pó e empedramento

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 90% UR t=10h

1000mm

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

Eletrodo Poroso

Polímero Higroscópico

Cabos Elétricos

Cuidados com o seu instrumento

Exatidão

Sensores sempre limpos

Equilíbrio da

temperatura

7,5 ml de amostra

representativa

Local sem oscilação térmica

Calibração periódica

Instrumentos Decagon

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