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Especialistas en actividad
de agua (aw) & Isotermas
de sorción
LabFerrer
Fundamentos básicos sobre
ti id d d ( )actividad de agua (aw).
Principios y aplicacionesPrincipios y aplicaciones
Gema Rodrigo
www.lab-ferrer.com Webinar, 10 de julio de 2014
g
Área de actividad de agua
ContenidoContenido
1 Definición de a1. Definición de aw
2. Medida de la aw
3. Aplicaciones de la aw
industria alimentaríaindustria alimentaría,
farmacéutica, cosmética,
veterinaria y química
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
aw versus Contenido de Humedadw
CONTENIDO DE HUMEDAD
• Cantidad cuantitativa de agua en una muestra sobre unaCantidad cuantitativa de agua en una muestra sobre una
base “seca” o “húmeda”
• Una propiedad extensiva que depende de la cantidadp p q p
de material
ACTIVIDAD DE AGUA aACTIVIDAD DE AGUA aw
 Medida cualitativa, mide estado del agua en un
sistemasistema
 Una cualidad interna que no depende de la cantidad
de materialde material
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Definición de actividad de aguaDefinición de actividad de agua
La actividad de agua (aw) es una medida del estado de energía
del agua en un sistema
aw = f/fo = p/po
del agua en un sistema
w o p po
Presión de vapor de agua en la muestra @ °C
aw = ——————————————————
Presión de vapor de agua en la muestra @ C
Presión de vapor del agua pura @ misma °C
ERH (%) /100aw = ERH (%) /100
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aw
a p/p
w
aw = p/po
Producto Agua
1. Equilibrio
2. Temperatura y presión constantes y conocidas
WaterMoleculeDemostration.wmv
2. Temperatura y presión constantes y conocidas
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Contenido de HumedadContenido de Humedad
 Medida cuantitativa de la cantidad de agua
 Medida empírica, carece de patrones estándar
 Técnicas de medida
 Perdida por secado – Ecuación de Fick
 Valoración (Karl Fischer)
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Sistema de Queso y Galletas CrackersSistema de Queso y Galletas Crackers
CRACKERS Inicial Final QUESO Inicial Final
Humedad (%) 4 20
0 30 0 75
Humedad (%) 60 30
0 90 0 75aw 0,30 0,75 aw 0,90 0,75
Contenedor
de la
edad
Humedad
de la
Muestra
Exceso de
Sal
Hume
TiempoTiempo pTiempo
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
¿Pregunta?
La galleta y el queso se colocan juntos
¿Pregunta?
Galleta
20% Humedad
Queso
30% Humedad20% Humedad 30% Humedad
¿Hacia dónde se mueve el agua?
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Ventajas de la awVentajas de la aw
La aw proporciona información detallada de:
• Desarrollo Microorganismos
• Migración de HumedadMigración de Humedad
• Estabilidad Química
• Estabilidad Bioquímica
• Propiedades Físicas
• Vida Útil
EL CONTENIDO DE AGUA, NO!,
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Isoterma de Sorción de HumedadIsoterma de Sorción de Humedad
Isoterma de Sorción Típica
Milk Powder Malto 16.5 Infant Formula Drink Mix Fiber Powder
p
20
25
15
20tent (d.b.)
10
oisture Cont
Actividad de Agua
5
Mo
Actividad de Agua0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Water Activity
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
y
Factores que Controlan la awFactores que Controlan la aw
Efectos coligantes o interacciones en Solutos Efectos de
Propiedades Enlazantes del Agua
Efectos coligantes o interacciones en Solutos, Efectos de
capilaridad, Interacciones de superficie o efecto Matriz
La combinación de esos factores en los alimentos reduce laLa combinación de esos factores en los alimentos reduce la
energía del agua al compararla con agua pura
Efecto de la Temperatura
La aw depende de la Temperatura, al influir en:La aw depende de la Temperatura, al influir en:
uniones del agua, disociación del agua, solubilidad de
solutos en agua, estado de la matriz (cristalina o amorfa)
El efecto de la temperatura en la aw es específico de cada
producto
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Efecto de la TemperaturaEfecto de la Temperatura
Contenido constante de agua
Aumento de la temperatura
Actividad de aguaActividad de agua
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
¿Por qué es necesario medir la aw?¿Por qué es necesario medir la aw?
R l t CE 2073/2005
ALIMENTOS POTENCIALMENTE PELIGROSOS aw  0,85
Clasificación Alimentos FAO: Reglamento CE 2073/2005Clasificación Alimentos FAO:
 Altamente perecederos aw > 0,9
 De humedad intermedia (IMF) aw = 0,6-0,9
 Autoestables aw < 0,6
Productos de calidadProductos de calidad
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Medida de la aww
Métodos de Medida de la aw
–Higrómetros de cabello o polímero
–Diferencia en punto de congelación
Equilibrio Isopiéstico–Equilibrio Isopiéstico
Higrómetros Eléctricos
Punto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point)
Requerimientos para medir correctamente
Estándares de Calibración
Preparación de las muestras
Temperatura de las muestrasTemperatura de las muestras
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Sensores de Propiedades EléctricasSensores de Propiedades Eléctricas
La humedad cambia las propiedades eléctricas de un material
higroscópico que está en equilibrio con el aire de la cámarahigroscópico que está en equilibrio con el aire de la cámara
VENTAJAS
E tit d ±0 02– Exactitud = ±0,02aw
– Relativamente Insensible a los volátiles
– Miden el intervalo completo de awp w
– Buena relación funcionamiento / precio
INCONVENIENTES
–Método de medida secundario
Pawkit
–Es necesario compensar la temperatura del sensor
–El sensor puede presentar histéresis
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Punto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point)
La muestra se equilibra en una
cámara sellada que contiene uncámara sellada que contiene un
espejo sobre el que condensa el
vapor de agua. Espejo
Sensor
optico
Ventiladorp g
En el equilibrio, la HR del aire en
la cámara es igual que la aw de
l t
Termistor
la muestra.
Una célula fotoeléctrica y un
termistor detectan el punto Muestra
termistor detectan el punto
exacto en el que se produce la
condensación y la temperatura, Punto de Rocío, funcionamientoy
respectivamente.
Punto de Rocío, funcionamiento
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AquaLab PRE y S4 Familia S4AquaLab PRE y S4 Familia S4
PRE
Ventilador
Espejo
EspejoVentilador
Sensor
optico
Ventilador
Espejo
Termistor Sensor
infrarrojo
Sensor
óptico
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Punto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point)
Ventajas
é d d f i• Método de referencia
• Intervalo de aw (0,03 – 1,0aw)
Má i tit d ± 0 003• Máxima exactitud ± 0,003aw
• Lecturas rápidas <5min
• Elevada fiabilidad• Elevada fiabilidad
Desventajasj
Necesita un espejo limpio
Las lecturas se ven afectadas por la presencia de
compuesto orgánicos volátiles (alcohol o propilen glicol)
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Recomendaciones para medir aw
Normativas
• AOAC (Association of Analytical Communities) 978 19
Recomendaciones para medir aw
AOAC (Association of Analytical Communities) 978.19
• ISO 7218 (Microbiology of food and animal feeding stuffs - General rules for microbiological examinations.
InternationalOrganizationforStandardization)
• Norma ISO 21807:2004 (Microbiologyoffoodandanimalfeedingstuffs-Determinationofwateractivity)
• European Pharmacopoeia 7.1 (2.9.39Water-solidsInteractions)
• ISO 29621 (Cosmetics - Microbiology - Guidelines for the risk assessment and identification of microbiologically
low-riskproducts)
BUENAS PRÁCTICAS DE MANEJO
• Limpieza y mantenimiento fácil
P t l tá d d lib ió• Patrones o sales estándar de calibración
• Calibración/verificación por el usuario fácil y rápida
PREPARACIÓN DE LAS MUESTRASPREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS
TEMPERATURA DE LAS MUESTRAS
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LimpiezaLimpieza
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PatronesPatrones
Suspensiones de SALES
SATURADAS
Soluciones de SALES NO
SATURADASSATURADAS
Sal aw a 25C
LiCl 0,113 0,003
SATURADAS
Ecuación de Robinson y Stokes
( f M )
LiCl 0,113 0,003
MgCl 0,328 0,002
K2CO3 0,432 0,004
Mg(NO ) 0 529 0 002
aw = exp(-nfcMw)
n,número de partículas activas por molécula de soluto (2
para NaCl)
Mg(NO3)2 0,529 0,002
NaCl 0,753 0,001
KCl 0,843 0,003
K SO 0 973 0 005
f, coeficiente osmótico
c,concentración del soluto (mol kg-1)
Mw , peso molecular del agua (0,018 kg mol-1)
K2SO4 0,973 0,005
Adaptado de Greenspan, L. (1977)
Robinson, R.A. and Stokes, R.H. (1965)
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Verificación del medidorVerificación del medidor
MEDIR EL PATRÓN DE VERIFICACIÓN
Limpiar
Incorrecto
(± 0 003 a )
Correcto
Repetir el
proceso
Limpiar
Limpiar
Correcto
(± 0,003 aw)
(± 0,003 aw)
MEDIR OTRO
PATRÓN
MEDIR DE NUEVO EL
PATRÓN DE
VERIFICACIÓNVERIFICACIÓN
Incorrecto
AJUSTAR LA
DESVIACIÓN
LISTO PARA MEDIR
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Correcta preparación de muestrasCorrecta preparación de muestras
PREPARA LAS MUESTRAS SIEMPRE DE LA MISMA FORMA
– Emplear muestras representativas
– Prevenir el intercambio de humedad con el medio
if i d l l á d– Diferencia de temperatura entre la muestra y la cámara de
medida <  2ºC
– No es recomendable picar/triturar las muestras se puede– No es recomendable picar/triturar las muestras, se puede
producir un aumento de temperatura
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Productos Cárnicos
0,788 aw
0,86 aw
0 92 a
Productos Cárnicos
0,827
aw
0 853 a
0,92 aw
0,866
aw
0,853 aw 0,984 aw
0,976 aw
0,861 aw
0,876 aw
0 891 a0 887 a 0 9410,891 aw0,887 aw 0,941 aw
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Productos de panadería y bolleríaProductos de panadería y bollería
0,98 aw
0,80 aw
0,76 aw
0,81 aw
0,68 aw
0,8 aw
0,78 aw
0,945 aw
0 80 0 84 a
w
0,80 – 0,84 aw
0,92 aw
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
QuesosQuesos
0,94 aw
0,955
a0,90 aw0 88 0 93
0,97 aw
0,94 aw aw0,90 aw
0,92 aw
0,92 aw
0,88 – 0,93 aw 0,94 aw
0,92 aw
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Bollería IndustrialBollería Industrial
aw
Bizcochos 0,761
Croissants 0,845
Sobaos con mantequilla 0,737
Magdalenas Cuadradas 0,779
Boer Triple chocolate 0,364
Rosquillas de Cuaresma 0,809
Tarta de Manzana 0,809
Hojaldre de cabello de angel0,814
Hojaldre con sésamo 0,338
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Embutidos curados
aw
Embutidos curados
Cabeza de lomo loncheada Cortada 0,911
Triturada 0,913
Morcón loncheado Cortado 0,904
Triturado 0,905
Fuet extra sin pimienta Cortado 0,789
Longaniza tradicional lonchas Cortado 0,907
Longaniza de Vic Cortado 0,904
Jamón Serrano en lonchas Cortado 0,907
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Cápsulas yCápsulas y
comprimidos
aw
Comprimido Entero 0,296
Cortado 0,305
Comprimido Entero 0,158
Cortado 0,274
Cápsula Entera 0,380
Contenido 0,381
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Aplicaciones de la actividad de agua
 Crecimiento Microorganismos
Aplicaciones de la actividad de agua
 Estabilidad Química y Bioquímica
 P i d d Fí i Propiedades Físicas
 Isotermas de Sorción de Humedad
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Seguridad microbiológicaSeguridad microbiológica
Sólo en los Estados Unidos:
76 millones de casos de enfermedades76 millones de casos de enfermedades
325.000 hospitalizaciones y 5.000 muertes anuales
Fuente: Centro para Control de Enfermedades (CDC)
REGULACIONES ALIMENTARIAS
– http://www.aesan.msc.es/AESAN/web/cadena_alimentaria/subdetalle/crit
erios microbiologicos vida util.shtmlerios_microbiologicos_vida_util.shtml
– CFR - Code of Federal Regulations Title 21, (approval as food additives
(21 CFR 570, 571 and 573). Colorings must have approvals for that use as
specified in 21 CFR 70 and be listed in Parts 73 74 or 81)specified in 21 CFR 70 and be listed in Parts 73, 74, or 81)
– Reglamento (CE) no 882/2004 y 669/2009
– APCC – análisis de puntos críticos de control
REGULACIONES COSMÉTICASREGULACIONES COSMÉTICAS
– ISO 29621 Cosmetics — Microbiology — Guidelines for the risk
assessment and identification of microbiologically low-risk products
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Valores de aw límiteValores de aw límite
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Desarrollo de microorganismos
f
Desarrollo de microorganismos
Efectos de distintos
valores de aw sobre las
curvas de crecimientocurvas de crecimiento
de Staphylococcus
aureus
Adapted from 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.
d l kk kR. eds. Marcel Dekker, Inc.New York p.101-117.
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Estabilidad Química y BioquímicaEstabilidad Química y Bioquímica
• Oscurecimiento No Enzimático
• Oxidación Lipídica
• Degradación de Nutrientes• Degradación de Nutrientes
• Reacciones Enzimáticas
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Oscurecimiento No EnzimáticoOscurecimiento No Enzimático
Diagrama de Velocidad de Reacción de oscurecimiento
Reaccióncidad Relativa de  Actividad de AguaVeloc
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Oxidación LipídicaOxidación Lipídica
Una de las principales causas de deterioro de alimentos.
Produce:Produce:
Olores y sabores desagradables
Disminución de la calidad nutricional
Algunos productos son potencialmente tóxicos
Todas las etapas se ven afectados por la aw y la Temperatura
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Degradación de NutrientesDegradación de Nutrientes
La degradación de las vitaminas
aumenta al aumentar la aww
Ejemplo: disminución de la cantidad de
Vitamina C con el paso del tiempo
Degradación del ácido
Ascórbico a distintos
l d °valores de aw y a 35°C
Labuza, T. P. 1974. Storage stability and
improvement of intermediate moisture foods. NASimprovement of intermediate moisture foods. NAS
Contract 9-125-60, Phase II, Final Report:10-81.
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Estabilidad Química y Bioquímica
La aw es un indicador que permite predecir qué tipo de
reacciones ocurrirán en base a la composición del producto
Estabilidad Química y Bioquímica
reacciones ocurrirán, en base a la composición del producto
La aw influye en la velocidad dew y
las reacciones.
El agua puede actuar como:
S l tSolvente
Reactivo
Cambia la movilidad de losCambia la movilidad de los
reactantes (viscosidad)
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Actividad EnzimáticaActividad Enzimática
Drapron, R. (1985) Enzyme activity a function of water activity. In Properties of Water in Foods.
Simato, D. and Multon, J.L. (ed.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands.
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
aw versus Propiedades Físicasw p
Modificaciones en la Textura
Migración de humedad
Apelmazamiento y aglomeraciónApelmazamiento y aglomeración
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TexturaTextura
Productos Duros o Crujientes
• Valores de a bajos• Valores de aw bajos
• Se quiebran cuando se les aplica
fuerza, son crujientesue a, so c uj e tes
• Se ablandan cuando se someten a
aw elevadas
Productos Suaves o Blandos
- aw de intermedio a altow
- Se doblan cuando se les aplica
presión
ú- Son húmedos, jugosos y suaves
- Se endurecen cuando se someten a
a bajasaw bajas
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Migración de HumedadMigración de Humedad
La migración de humedad lleva a:
bi l• cambios en la textura
• crecimiento microorganismos
• reacciones de degradación• reacciones de degradación
• cambios organolépticos
Ejemplos de sistemas Multi-
componente
Q / ll t l f tQueso/galletas, cereales con frutas,
masas horneadas – rellenos, masa
para pizza congelada – salsaspara pizza congelada salsas,
helados con barquillo, sandwiches,
bocadillos …
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ApelmazamientoApelmazamiento
El apelmazamiento es un proceso que depende de la aw, el
tiempo y la temperatura
Etapas de un proceso de apelmazamiento:
Humedecimiento
tiempo y la temperatura
Humedecimiento
Formación de uniones
Aglomeración
Compactaciónp
Deliquescencia
Este problema es omnipresente en las industrias alimentariaEste problema es omnipresente en las industrias alimentaria
y farmacéutica
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Isotermas de sorción de HumedadIsotermas de sorción de Humedad
Cada producto tiene su propia y
ú i I d S ió d
25
Ingredient 1 Ingredient 2 Combined
única Isoterma de Sorción de
Humedad – debido a las
diferentes interacciones
15
20
25
nt(%w.b.)
diferentes interacciones
(coligativas, capilaridad, …) entre
el agua y los componentes 0
5
10
ureConten
g y p
sólidos a diferentes contenidos
de humedad
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Moistu
Water Activity
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Transición VitreaTransición Vitrea
20
 d.b.)
10
15
 Content (% d
0
5
Moisture 
Actividad
de agua
Critica
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Water Activity
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La aw como herramienta de controlw
Cumplir con leyes y normativas
Ensayos de Vida Útil
Formulación de ProductosFormulación de Productos
Inspección de Ingredientes
Control de Proceso
Control de Calidad
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Tecnología de BarrerasTecnología de Barreras
La tecnología de barreras es hoy
día la forma común dedía la forma común de
conservación de los alimentos.
I t dif t ét d dIntegra diferentes métodos de
conservación aplicados de
forma combinada sobre elforma combinada sobre el
alimento.
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Formulación de Producto (I+D+i)Formulación de Producto (I+D+i)
Diseño y formulación
de nuevos alimentos yde nuevos alimentos y
productos
Si se comienza con elSi se comienza con el
concepto de aw
entonces los nuevosentonces los nuevos
productos serán
seguros, tendrán una
máxima vida útil y serán
de la más alta calidad
Los datos de la aw se pueden ser usar para predecir riesgos o
cambios potenciales en nuevos productos
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Incorporar la aw en el control de calidadIncorporar la aw en el control de calidad
Todos los datos tienen el
i á da mismo estándar
En todos los niveles
aw I + D + I
R organizativos se emplea el
mismo equipo
aw
REVISAR LA ENTRADA
DE MATERIA PRIMA
Todos los datos están
relacionados directamente
con la seguridad del producto
aw EN CONTROL DE
PROCESOS
con la seguridad del producto
Las especificaciones
l i d l id útil
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ACABADO relacionadas con la vida útil
del producto pueden
comprobarse 5 min antes de
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ACABADO
aw
comprobarse 5 min antes de
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Fluidez y actividad de agua en productos en polvo Webinar, 12 de junio de 2014
Puntos críticos de control, aw y pH
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Puntos críticos de control, aw y pH
para controlar el
desarrollo de
Salmonella enteriticaSalmonella enteritica,
Staphylococcus aureus
y Listeriay Listeria
monocytogenes
durante la elaboración
de productos cárnicos
fermentados
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
Ensayos de Vida útil i l
Tiempo de conservación de un
d h d l
Ensayos de Vida útil Aspecto sensorial
(color, olor, textura)
producto hasta que se produce el
deterioro, caracterizado por un
conjunto de cambios que lo hace
Carga
Aspectos
sanitarios
conjunto de cambios que lo hace
inaceptable para el consumo
microbiológica
Conocer los mecanismos queConocer los mecanismos que
producen la pérdida de la
aceptabilidad permite plantearaceptabilidad permite plantear
estrategias para aumentar la vida
útil que no afecten a las
características nutricionales y
sensoriales del alimento
Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
¿Cómo mejorar el envase?
Ejemplo: un productor de leche en polvo quiere saber más
sobre el material de envasado especialmente bajo
¿Cómo mejorar el envase?
sobre el material de envasado, especialmente bajo
condiciones extremas
10
12
14
%wb)
y = 2.59x + 2.89
R
2
= 0.97
6
8
10
reContent(%
0
2
4
Moistur
aw crítica = 0,430
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Water Activity
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G a ia a i ti al webi aGracias por asistir al webinar
LabFerrer
Especialistas en actividad de agua (aw) & Isotermas de sorción
Email: info@lab-ferrer com
AquaLab ‐ DECAGON DEVICES Inc.
Email: info@lab ferrer.com
Web: www.lab-ferrer.com
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Fundamentos básicos sobre actividad de agua (aw). Principios y aplicaciones en industria alimentaria, farmaceútica, cosmética y química

  • 1. Especialistas en actividad de agua (aw) & Isotermas de sorción LabFerrer Fundamentos básicos sobre ti id d d ( )actividad de agua (aw). Principios y aplicacionesPrincipios y aplicaciones Gema Rodrigo www.lab-ferrer.com Webinar, 10 de julio de 2014 g Área de actividad de agua
  • 2. ContenidoContenido 1 Definición de a1. Definición de aw 2. Medida de la aw 3. Aplicaciones de la aw industria alimentaríaindustria alimentaría, farmacéutica, cosmética, veterinaria y química Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 3. aw versus Contenido de Humedadw CONTENIDO DE HUMEDAD • Cantidad cuantitativa de agua en una muestra sobre unaCantidad cuantitativa de agua en una muestra sobre una base “seca” o “húmeda” • Una propiedad extensiva que depende de la cantidadp p q p de material ACTIVIDAD DE AGUA aACTIVIDAD DE AGUA aw  Medida cualitativa, mide estado del agua en un sistemasistema  Una cualidad interna que no depende de la cantidad de materialde material Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 4. Definición de actividad de aguaDefinición de actividad de agua La actividad de agua (aw) es una medida del estado de energía del agua en un sistema aw = f/fo = p/po del agua en un sistema w o p po Presión de vapor de agua en la muestra @ °C aw = —————————————————— Presión de vapor de agua en la muestra @ C Presión de vapor del agua pura @ misma °C ERH (%) /100aw = ERH (%) /100 Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 5. aw a p/p w aw = p/po Producto Agua 1. Equilibrio 2. Temperatura y presión constantes y conocidas WaterMoleculeDemostration.wmv 2. Temperatura y presión constantes y conocidas Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 6. Contenido de HumedadContenido de Humedad  Medida cuantitativa de la cantidad de agua  Medida empírica, carece de patrones estándar  Técnicas de medida  Perdida por secado – Ecuación de Fick  Valoración (Karl Fischer) Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 7. Sistema de Queso y Galletas CrackersSistema de Queso y Galletas Crackers CRACKERS Inicial Final QUESO Inicial Final Humedad (%) 4 20 0 30 0 75 Humedad (%) 60 30 0 90 0 75aw 0,30 0,75 aw 0,90 0,75 Contenedor de la edad Humedad de la Muestra Exceso de Sal Hume TiempoTiempo pTiempo Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 8. ¿Pregunta? La galleta y el queso se colocan juntos ¿Pregunta? Galleta 20% Humedad Queso 30% Humedad20% Humedad 30% Humedad ¿Hacia dónde se mueve el agua? Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 9. Ventajas de la awVentajas de la aw La aw proporciona información detallada de: • Desarrollo Microorganismos • Migración de HumedadMigración de Humedad • Estabilidad Química • Estabilidad Bioquímica • Propiedades Físicas • Vida Útil EL CONTENIDO DE AGUA, NO!, Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 10. Isoterma de Sorción de HumedadIsoterma de Sorción de Humedad Isoterma de Sorción Típica Milk Powder Malto 16.5 Infant Formula Drink Mix Fiber Powder p 20 25 15 20tent (d.b.) 10 oisture Cont Actividad de Agua 5 Mo Actividad de Agua0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Water Activity Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014 y
  • 11. Factores que Controlan la awFactores que Controlan la aw Efectos coligantes o interacciones en Solutos Efectos de Propiedades Enlazantes del Agua Efectos coligantes o interacciones en Solutos, Efectos de capilaridad, Interacciones de superficie o efecto Matriz La combinación de esos factores en los alimentos reduce laLa combinación de esos factores en los alimentos reduce la energía del agua al compararla con agua pura Efecto de la Temperatura La aw depende de la Temperatura, al influir en:La aw depende de la Temperatura, al influir en: uniones del agua, disociación del agua, solubilidad de solutos en agua, estado de la matriz (cristalina o amorfa) El efecto de la temperatura en la aw es específico de cada producto Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 12. Efecto de la TemperaturaEfecto de la Temperatura Contenido constante de agua Aumento de la temperatura Actividad de aguaActividad de agua Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 13. ¿Por qué es necesario medir la aw?¿Por qué es necesario medir la aw? R l t CE 2073/2005 ALIMENTOS POTENCIALMENTE PELIGROSOS aw  0,85 Clasificación Alimentos FAO: Reglamento CE 2073/2005Clasificación Alimentos FAO:  Altamente perecederos aw > 0,9  De humedad intermedia (IMF) aw = 0,6-0,9  Autoestables aw < 0,6 Productos de calidadProductos de calidad Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 14. Medida de la aww Métodos de Medida de la aw –Higrómetros de cabello o polímero –Diferencia en punto de congelación Equilibrio Isopiéstico–Equilibrio Isopiéstico Higrómetros Eléctricos Punto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point) Requerimientos para medir correctamente Estándares de Calibración Preparación de las muestras Temperatura de las muestrasTemperatura de las muestras Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 15. Sensores de Propiedades EléctricasSensores de Propiedades Eléctricas La humedad cambia las propiedades eléctricas de un material higroscópico que está en equilibrio con el aire de la cámarahigroscópico que está en equilibrio con el aire de la cámara VENTAJAS E tit d ±0 02– Exactitud = ±0,02aw – Relativamente Insensible a los volátiles – Miden el intervalo completo de awp w – Buena relación funcionamiento / precio INCONVENIENTES –Método de medida secundario Pawkit –Es necesario compensar la temperatura del sensor –El sensor puede presentar histéresis Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 16. Punto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point) La muestra se equilibra en una cámara sellada que contiene uncámara sellada que contiene un espejo sobre el que condensa el vapor de agua. Espejo Sensor optico Ventiladorp g En el equilibrio, la HR del aire en la cámara es igual que la aw de l t Termistor la muestra. Una célula fotoeléctrica y un termistor detectan el punto Muestra termistor detectan el punto exacto en el que se produce la condensación y la temperatura, Punto de Rocío, funcionamientoy respectivamente. Punto de Rocío, funcionamiento Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 17. AquaLab PRE y S4 Familia S4AquaLab PRE y S4 Familia S4 PRE Ventilador Espejo EspejoVentilador Sensor optico Ventilador Espejo Termistor Sensor infrarrojo Sensor óptico Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 18. Punto de Rocío (Dew Point)Punto de Rocío (Dew Point) Ventajas é d d f i• Método de referencia • Intervalo de aw (0,03 – 1,0aw) Má i tit d ± 0 003• Máxima exactitud ± 0,003aw • Lecturas rápidas <5min • Elevada fiabilidad• Elevada fiabilidad Desventajasj Necesita un espejo limpio Las lecturas se ven afectadas por la presencia de compuesto orgánicos volátiles (alcohol o propilen glicol) Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 19. Recomendaciones para medir aw Normativas • AOAC (Association of Analytical Communities) 978 19 Recomendaciones para medir aw AOAC (Association of Analytical Communities) 978.19 • ISO 7218 (Microbiology of food and animal feeding stuffs - General rules for microbiological examinations. InternationalOrganizationforStandardization) • Norma ISO 21807:2004 (Microbiologyoffoodandanimalfeedingstuffs-Determinationofwateractivity) • European Pharmacopoeia 7.1 (2.9.39Water-solidsInteractions) • ISO 29621 (Cosmetics - Microbiology - Guidelines for the risk assessment and identification of microbiologically low-riskproducts) BUENAS PRÁCTICAS DE MANEJO • Limpieza y mantenimiento fácil P t l tá d d lib ió• Patrones o sales estándar de calibración • Calibración/verificación por el usuario fácil y rápida PREPARACIÓN DE LAS MUESTRASPREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS TEMPERATURA DE LAS MUESTRAS Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 20. LimpiezaLimpieza Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 21. PatronesPatrones Suspensiones de SALES SATURADAS Soluciones de SALES NO SATURADASSATURADAS Sal aw a 25C LiCl 0,113 0,003 SATURADAS Ecuación de Robinson y Stokes ( f M ) LiCl 0,113 0,003 MgCl 0,328 0,002 K2CO3 0,432 0,004 Mg(NO ) 0 529 0 002 aw = exp(-nfcMw) n,número de partículas activas por molécula de soluto (2 para NaCl) Mg(NO3)2 0,529 0,002 NaCl 0,753 0,001 KCl 0,843 0,003 K SO 0 973 0 005 f, coeficiente osmótico c,concentración del soluto (mol kg-1) Mw , peso molecular del agua (0,018 kg mol-1) K2SO4 0,973 0,005 Adaptado de Greenspan, L. (1977) Robinson, R.A. and Stokes, R.H. (1965) Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 22. Verificación del medidorVerificación del medidor MEDIR EL PATRÓN DE VERIFICACIÓN Limpiar Incorrecto (± 0 003 a ) Correcto Repetir el proceso Limpiar Limpiar Correcto (± 0,003 aw) (± 0,003 aw) MEDIR OTRO PATRÓN MEDIR DE NUEVO EL PATRÓN DE VERIFICACIÓNVERIFICACIÓN Incorrecto AJUSTAR LA DESVIACIÓN LISTO PARA MEDIR Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 23. Correcta preparación de muestrasCorrecta preparación de muestras PREPARA LAS MUESTRAS SIEMPRE DE LA MISMA FORMA – Emplear muestras representativas – Prevenir el intercambio de humedad con el medio if i d l l á d– Diferencia de temperatura entre la muestra y la cámara de medida <  2ºC – No es recomendable picar/triturar las muestras se puede– No es recomendable picar/triturar las muestras, se puede producir un aumento de temperatura Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 24. Productos Cárnicos 0,788 aw 0,86 aw 0 92 a Productos Cárnicos 0,827 aw 0 853 a 0,92 aw 0,866 aw 0,853 aw 0,984 aw 0,976 aw 0,861 aw 0,876 aw 0 891 a0 887 a 0 9410,891 aw0,887 aw 0,941 aw Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 25. Productos de panadería y bolleríaProductos de panadería y bollería 0,98 aw 0,80 aw 0,76 aw 0,81 aw 0,68 aw 0,8 aw 0,78 aw 0,945 aw 0 80 0 84 a w 0,80 – 0,84 aw 0,92 aw Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 26. QuesosQuesos 0,94 aw 0,955 a0,90 aw0 88 0 93 0,97 aw 0,94 aw aw0,90 aw 0,92 aw 0,92 aw 0,88 – 0,93 aw 0,94 aw 0,92 aw Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 27. Bollería IndustrialBollería Industrial aw Bizcochos 0,761 Croissants 0,845 Sobaos con mantequilla 0,737 Magdalenas Cuadradas 0,779 Boer Triple chocolate 0,364 Rosquillas de Cuaresma 0,809 Tarta de Manzana 0,809 Hojaldre de cabello de angel0,814 Hojaldre con sésamo 0,338 Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 28. Embutidos curados aw Embutidos curados Cabeza de lomo loncheada Cortada 0,911 Triturada 0,913 Morcón loncheado Cortado 0,904 Triturado 0,905 Fuet extra sin pimienta Cortado 0,789 Longaniza tradicional lonchas Cortado 0,907 Longaniza de Vic Cortado 0,904 Jamón Serrano en lonchas Cortado 0,907 Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 29. Cápsulas yCápsulas y comprimidos aw Comprimido Entero 0,296 Cortado 0,305 Comprimido Entero 0,158 Cortado 0,274 Cápsula Entera 0,380 Contenido 0,381 Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 30. Aplicaciones de la actividad de agua  Crecimiento Microorganismos Aplicaciones de la actividad de agua  Estabilidad Química y Bioquímica  P i d d Fí i Propiedades Físicas  Isotermas de Sorción de Humedad Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 31. Seguridad microbiológicaSeguridad microbiológica Sólo en los Estados Unidos: 76 millones de casos de enfermedades76 millones de casos de enfermedades 325.000 hospitalizaciones y 5.000 muertes anuales Fuente: Centro para Control de Enfermedades (CDC) REGULACIONES ALIMENTARIAS – http://www.aesan.msc.es/AESAN/web/cadena_alimentaria/subdetalle/crit erios microbiologicos vida util.shtmlerios_microbiologicos_vida_util.shtml – CFR - Code of Federal Regulations Title 21, (approval as food additives (21 CFR 570, 571 and 573). Colorings must have approvals for that use as specified in 21 CFR 70 and be listed in Parts 73 74 or 81)specified in 21 CFR 70 and be listed in Parts 73, 74, or 81) – Reglamento (CE) no 882/2004 y 669/2009 – APCC – análisis de puntos críticos de control REGULACIONES COSMÉTICASREGULACIONES COSMÉTICAS – ISO 29621 Cosmetics — Microbiology — Guidelines for the risk assessment and identification of microbiologically low-risk products Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 32. Valores de aw límiteValores de aw límite Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 33. Desarrollo de microorganismos f Desarrollo de microorganismos Efectos de distintos valores de aw sobre las curvas de crecimientocurvas de crecimiento de Staphylococcus aureus Adapted from 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. d l kk kR. eds. Marcel Dekker, Inc.New York p.101-117. Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 34. Estabilidad Química y BioquímicaEstabilidad Química y Bioquímica • Oscurecimiento No Enzimático • Oxidación Lipídica • Degradación de Nutrientes• Degradación de Nutrientes • Reacciones Enzimáticas Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 35. Oscurecimiento No EnzimáticoOscurecimiento No Enzimático Diagrama de Velocidad de Reacción de oscurecimiento Reaccióncidad Relativa de  Actividad de AguaVeloc Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 36. Oxidación LipídicaOxidación Lipídica Una de las principales causas de deterioro de alimentos. Produce:Produce: Olores y sabores desagradables Disminución de la calidad nutricional Algunos productos son potencialmente tóxicos Todas las etapas se ven afectados por la aw y la Temperatura Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 37. Degradación de NutrientesDegradación de Nutrientes La degradación de las vitaminas aumenta al aumentar la aww Ejemplo: disminución de la cantidad de Vitamina C con el paso del tiempo Degradación del ácido Ascórbico a distintos l d °valores de aw y a 35°C Labuza, T. P. 1974. Storage stability and improvement of intermediate moisture foods. NASimprovement of intermediate moisture foods. NAS Contract 9-125-60, Phase II, Final Report:10-81. Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 38. Estabilidad Química y Bioquímica La aw es un indicador que permite predecir qué tipo de reacciones ocurrirán en base a la composición del producto Estabilidad Química y Bioquímica reacciones ocurrirán, en base a la composición del producto La aw influye en la velocidad dew y las reacciones. El agua puede actuar como: S l tSolvente Reactivo Cambia la movilidad de losCambia la movilidad de los reactantes (viscosidad) Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 39. Actividad EnzimáticaActividad Enzimática Drapron, R. (1985) Enzyme activity a function of water activity. In Properties of Water in Foods. Simato, D. and Multon, J.L. (ed.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands. Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 40. aw versus Propiedades Físicasw p Modificaciones en la Textura Migración de humedad Apelmazamiento y aglomeraciónApelmazamiento y aglomeración Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 41. TexturaTextura Productos Duros o Crujientes • Valores de a bajos• Valores de aw bajos • Se quiebran cuando se les aplica fuerza, son crujientesue a, so c uj e tes • Se ablandan cuando se someten a aw elevadas Productos Suaves o Blandos - aw de intermedio a altow - Se doblan cuando se les aplica presión ú- Son húmedos, jugosos y suaves - Se endurecen cuando se someten a a bajasaw bajas Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 42. Migración de HumedadMigración de Humedad La migración de humedad lleva a: bi l• cambios en la textura • crecimiento microorganismos • reacciones de degradación• reacciones de degradación • cambios organolépticos Ejemplos de sistemas Multi- componente Q / ll t l f tQueso/galletas, cereales con frutas, masas horneadas – rellenos, masa para pizza congelada – salsaspara pizza congelada salsas, helados con barquillo, sandwiches, bocadillos … Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 43. ApelmazamientoApelmazamiento El apelmazamiento es un proceso que depende de la aw, el tiempo y la temperatura Etapas de un proceso de apelmazamiento: Humedecimiento tiempo y la temperatura Humedecimiento Formación de uniones Aglomeración Compactaciónp Deliquescencia Este problema es omnipresente en las industrias alimentariaEste problema es omnipresente en las industrias alimentaria y farmacéutica Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 44. Isotermas de sorción de HumedadIsotermas de sorción de Humedad Cada producto tiene su propia y ú i I d S ió d 25 Ingredient 1 Ingredient 2 Combined única Isoterma de Sorción de Humedad – debido a las diferentes interacciones 15 20 25 nt(%w.b.) diferentes interacciones (coligativas, capilaridad, …) entre el agua y los componentes 0 5 10 ureConten g y p sólidos a diferentes contenidos de humedad 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Moistu Water Activity Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 45. Transición VitreaTransición Vitrea 20  d.b.) 10 15  Content (% d 0 5 Moisture  Actividad de agua Critica 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Water Activity Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 46. La aw como herramienta de controlw Cumplir con leyes y normativas Ensayos de Vida Útil Formulación de ProductosFormulación de Productos Inspección de Ingredientes Control de Proceso Control de Calidad Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 47. Tecnología de BarrerasTecnología de Barreras La tecnología de barreras es hoy día la forma común dedía la forma común de conservación de los alimentos. I t dif t ét d dIntegra diferentes métodos de conservación aplicados de forma combinada sobre elforma combinada sobre el alimento. Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 48. Formulación de Producto (I+D+i)Formulación de Producto (I+D+i) Diseño y formulación de nuevos alimentos yde nuevos alimentos y productos Si se comienza con elSi se comienza con el concepto de aw entonces los nuevosentonces los nuevos productos serán seguros, tendrán una máxima vida útil y serán de la más alta calidad Los datos de la aw se pueden ser usar para predecir riesgos o cambios potenciales en nuevos productos Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 49. Incorporar la aw en el control de calidadIncorporar la aw en el control de calidad Todos los datos tienen el i á da mismo estándar En todos los niveles aw I + D + I R organizativos se emplea el mismo equipo aw REVISAR LA ENTRADA DE MATERIA PRIMA Todos los datos están relacionados directamente con la seguridad del producto aw EN CONTROL DE PROCESOS con la seguridad del producto Las especificaciones l i d l id útil aw PRODUCTO ACABADO relacionadas con la vida útil del producto pueden comprobarse 5 min antes de ASEGURAR CALIDAD ACABADO aw comprobarse 5 min antes de comercializar el producto Fluidez y actividad de agua en productos en polvo Webinar, 12 de junio de 2014
  • 50. Puntos críticos de control, aw y pH Medidas preventivas Puntos críticos de control, aw y pH para controlar el desarrollo de Salmonella enteriticaSalmonella enteritica, Staphylococcus aureus y Listeriay Listeria monocytogenes durante la elaboración de productos cárnicos fermentados Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 51. Ensayos de Vida útil i l Tiempo de conservación de un d h d l Ensayos de Vida útil Aspecto sensorial (color, olor, textura) producto hasta que se produce el deterioro, caracterizado por un conjunto de cambios que lo hace Carga Aspectos sanitarios conjunto de cambios que lo hace inaceptable para el consumo microbiológica Conocer los mecanismos queConocer los mecanismos que producen la pérdida de la aceptabilidad permite plantearaceptabilidad permite plantear estrategias para aumentar la vida útil que no afecten a las características nutricionales y sensoriales del alimento Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 52. ¿Cómo mejorar el envase? Ejemplo: un productor de leche en polvo quiere saber más sobre el material de envasado especialmente bajo ¿Cómo mejorar el envase? sobre el material de envasado, especialmente bajo condiciones extremas 10 12 14 %wb) y = 2.59x + 2.89 R 2 = 0.97 6 8 10 reContent(% 0 2 4 Moistur aw crítica = 0,430 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Water Activity Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014
  • 53. G a ia a i ti al webi aGracias por asistir al webinar LabFerrer Especialistas en actividad de agua (aw) & Isotermas de sorción Email: info@lab-ferrer com AquaLab ‐ DECAGON DEVICES Inc. Email: info@lab ferrer.com Web: www.lab-ferrer.com Fundamentos básicos sobre aw Webinar, 10 de julio de 2014