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La aw y la calidad y seguridad alimentarias 
y
y g
Causas del deterioro de los alimentos
• Crecimiento Microorganismos
i i
i
i
• Estabilidad Química y Bioquímica
• Cambios en las Propiedades Físicas
Cambios en las Propiedades Físicas

Fundamentos básicos sobre aw
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Seguridad Alimentaria
g
Sólo en los Estados Unidos:
76 millones de casos de enfermedades
325.000 hospitalizaciones y 5.000 muertes anuales
Fuente: Centro para Control de Enfermedades (CDC)

REGULACIONES PARA EL CONTROL MICROBIOLÓGICO
– http://www.aesan.msc.es/AESAN/web/cadena_alimentaria/subd
etalle/criterios_microbiologicos_vida_util.shtml
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– 21CFR 110 ‐ 21CFR 113 ‐ 21CFR 114
Microbiology
– Norma ISO 7.218 “Microbiology of food and animal feeding stuffs
– general rules for microbiological examinations”
– Reglamento Normativa CE‐2073/2005 s
– APCC – análisis de puntos críticos de control

Fundamentos básicos sobre aw
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Crecimiento Microbiano
Scott (1957) demostró que los
microorganismos tienen un nivel límite
de actividad de agua, aw, por debajo del
cual no crecen
Límites de aw para el crecimiento
microbiano
Bacterias  0,91
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Es la aw, NO el contenido de agua, lo
que determina el límite más bajo
permitido para el desarrollo microbiano
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Bacterias Importantes
p
Producen Infecciones
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l b t
Staphylococcus aureus, Yersina, 
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Listeris, Salmonella

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Cl t idi
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Se ha demostrado que las bacterias pueden sobrevivir por largos
períodos d tiempo en alimentos con una b aw. Ejemplos:
í d de
l
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Salmonella en Chocolate a aw = 0 30
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Una baja aw no es un paso para eliminarlos, pero los
microorganismos no proliferarán
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Valores limite de aw

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Desarrollo de microorganismos
g
Efectos
de
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valores de aw sobre las
curvas 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. R.
eds. Marcel Dekker, Inc.New York p.101‐117.

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Estabilidad Química y Bioquímica
Q
y
q
La aw es un indicador que permite predecir qué tipo de reacciones
ocurrirán,
ocurrirán en base a la composición del producto
La aw influye en la velocidad de las
y
reacciones.
El agua puede actuar como:
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C bi l
ilid d d l
reactantes (viscosidad)

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Estabilidad Química y Bioquímica
y
q
• Oscurecimiento No Enzimático
• Oxidación Lipídica
• Degradación de Nutrientes
Degradación de Nutrientes
• Reacciones Enzimáticas

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Oscurecimiento No Enzimático
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Las reacciones Maillard son una
compleja serie de reacciones
Forma compuestos heterocíclicos de N,
p
,
altamente coloreados
La mayor pérdida de N ocurre a 0,65‐
0,70 aw
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Velocidad
d Relativa de Reacción

Tipos de reacciones:
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Afecta el valor nutricional, color, sabor,
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textura d l alimentos
de los li
t
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l
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Oxidación Lipídica
p
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p
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Karel, M. (1986). “Control of lipid
oxidation in dried foods”. en:
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y g
MacCarthy, D. eds. Elsevier Applied
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La velocidad mínima de reacción
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A valores de aw elevados, la
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facilita la
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Las enzimas se emplean en la industria para una gran variedad de
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está i fl
tá influenciada por l aw
i d
la

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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.

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Degradación de Nutrientes
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aw versus Propiedades Físicas
p
• Textura
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Productos Duros o Crujientes
•V l
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Soluciones a los cambios de Textura
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características de textura apropiadas
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Katz, E.E. and Labuza, T.P. (1981) Effect of water activity on the 
sensory crispness and mechanical deformation of snack food 
products. J. Food Sci. 46: 403‐409
Migración de Humedad
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Soluciones para la Migración de Humedad 
p
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 Trabajar con componentes con el mismo
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agua entre los diferentes ingredientes de
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Apelmazamiento
p
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Los pasos del apelmazamiento son:
p
p
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Este
E t problema es omnipresente en l
bl
i
t
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Cambio de fase

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Extracto de manzanilla expuesto a distintas
condiciones de humedad ambiental (60‐100
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La actividad de agua (aw) y el deterioro de los alimentos

  • 1. Especialistas en  actividad de agua (aw)  & Isotermas de  sorción LabFerrer La aw y la calidad y seguridad alimentarias  y y g Causas del deterioro de los alimentos • Crecimiento Microorganismos i i i i • Estabilidad Química y Bioquímica • Cambios en las Propiedades Físicas Cambios en las Propiedades Físicas Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 2. Seguridad Alimentaria g Sólo en los Estados Unidos: 76 millones de casos de enfermedades 325.000 hospitalizaciones y 5.000 muertes anuales Fuente: Centro para Control de Enfermedades (CDC) REGULACIONES PARA EL CONTROL MICROBIOLÓGICO – http://www.aesan.msc.es/AESAN/web/cadena_alimentaria/subd etalle/criterios_microbiologicos_vida_util.shtml etalle/criterios microbiologicos vida util shtml – 21CFR 110 ‐ 21CFR 113 ‐ 21CFR 114 Microbiology – Norma ISO 7.218 “Microbiology of food and animal feeding stuffs – general rules for microbiological examinations” – Reglamento Normativa CE‐2073/2005 s – APCC – análisis de puntos críticos de control Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 3. Crecimiento Microbiano Scott (1957) demostró que los microorganismos tienen un nivel límite de actividad de agua, aw, por debajo del cual no crecen Límites de aw para el crecimiento microbiano Bacterias  0,91 Levaduras  0,88 Mohos  0,70 Levaduras osmófilas  0,60 Es la aw, NO el contenido de agua, lo que determina el límite más bajo permitido para el desarrollo microbiano Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 4. Bacterias Importantes p Producen Infecciones E. coli, Shigella, Campylobacter,  E li Shi ll C l b t Staphylococcus aureus, Yersina,  Listeris, Salmonella Listeris, Salmonella Producen Toxinas Clostridium b t li Cl t idi botulinum Staphylococcus aureus Bacillus cereus Se ha demostrado que las bacterias pueden sobrevivir por largos períodos d tiempo en alimentos con una b aw. Ejemplos: í d de l baja l Salmonella en Chocolate a aw = 0 30 0,30 Salmonella y S. aureus en leche en polvo a aw = 0,26 Una baja aw no es un paso para eliminarlos, pero los microorganismos no proliferarán Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 5. Valores limite de aw Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 6. Desarrollo de microorganismos g Efectos de distintos valores de aw sobre las curvas 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. R. eds. Marcel Dekker, Inc.New York p.101‐117. Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 7. Estabilidad Química y Bioquímica Q y q La aw es un indicador que permite predecir qué tipo de reacciones ocurrirán, ocurrirán en base a la composición del producto La aw influye en la velocidad de las y reacciones. El agua puede actuar como: Solvente Reactivo Cambia la movilidad de los  C bi l ilid d d l reactantes (viscosidad) Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 8. Estabilidad Química y Bioquímica y q • Oscurecimiento No Enzimático • Oxidación Lipídica • Degradación de Nutrientes Degradación de Nutrientes • Reacciones Enzimáticas Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 9. Oscurecimiento No Enzimático Oscurecimiento No Enzimático Las reacciones Maillard son una compleja serie de reacciones Forma compuestos heterocíclicos de N, p , altamente coloreados La mayor pérdida de N ocurre a 0,65‐ 0,70 aw Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com Velocidad d Relativa de Reacción Tipos de reacciones: •Reacción de Maillard •Oxidación del ácido ascórbico •Peroxidación de lípidos Peroxidación •Caramelización a alta temperatura Diagrama de Velocidad de Reacción de oscurecimiento Actividad de Agua
  • 10. Oscurecimiento No Enzimático II Afecta el valor nutricional, color, sabor, aroma y t t textura d l alimentos de los li t Puede modificar la aceptabilidad del alimento. l Ejemplos deseables: caramelización, carne asada, café, corteza de pan Ejemplos no deseables: oscurecimiento de la leche en polvo, carne seca se endurece y se vuelve amarga, pérdida de proteínas Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 11. Oxidación Lipídica p Una de las mayores causas de deterioro de alimentos. Produce: Olores y sabores desagradables Disminución de la calidad nutricional Algunos productos son potencialmente tóxicos g p p Todas las etapas de esta reacción se ven afectados por la aw y la Temperatura Lípidos no saturados Catalizadores, Luz Radicales libres Karel, M. (1986). “Control of lipid oxidation in dried foods”. en: Concentration and drying of foods. y g MacCarthy, D. eds. Elsevier Applied Science Publishers, London p.37‐51. +O2 Peróxidos, Hidroperóxidos Polímeros Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com Reacciones con otros  componentes del alimento  Productos de desdoblamiento Productos de desdoblamiento
  • 12. Oxidación Lipídica II p La velocidad mínima de reacción es para un valor de aw de aproximadamente 0,3 ‐ 0,5 aw A valores de aw bajos la reacción bajos, es más rápida debido a la menor unión entre al agua y los g hidroperóxidos A valores de aw elevados, la velocidad de reacción aumenta por la disolución de iones metálicos, l táli lo que f ilit l facilita la formación de radicales libres Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 13. Actividad Enzimática Las enzimas se emplean en la industria para una gran variedad de aplicaciones, aplicaciones desde el procesamiento del azúcar y almidón hasta la producción de embutidos y quesos. • La actividad de las enzimas aumenta al aumentar el aw • La aw influye en la movilidad y del sustrato y el producto(s) de la reacción. • La estabilidad (almacenaje o inactivación) de las enzimas está i fl tá influenciada por l aw i d la Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 14. Actividad 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 www.lab‐ferrer.com
  • 15. Degradación de Nutrientes g La degradación de las vitaminas aumenta al aumentar la aw Ejemplo: disminución de la cantidad de Vitamina C con el paso del tiempo Degradación del ácido Ascórbico a distintos valores de aw y a 35°C
  • 16. aw versus Propiedades Físicas p • Textura • Migración de humedad • Apelmazamiento y aglomeración Apelmazamiento y aglomeración Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 17. Textura Productos Duros o Crujientes •V l Valores d aw b j de bajos • Se quiebran al aplicar fuerza, son crujientes • Se ablandan cuando se someten a aw elevadas Productos Suaves o Blandos ‐ aw de intermedio a alto ‐ Se doblan al aplicar presión ‐ S hú d j Son húmedos, jugosos y suaves ‐ Se endurecen cuando se someten a aw bajas Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 18. Soluciones a los cambios de Textura •Mantener la aw dentro de los límites críticos para tener las características de textura apropiadas •Prevenir la migración de humedad en productos multi‐ componentes •Barreras en los envases Ejemplo en una galleta, aw versus crujiente Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com Katz, E.E. and Labuza, T.P. (1981) Effect of water activity on the  sensory crispness and mechanical deformation of snack food  products. J. Food Sci. 46: 403‐409
  • 19. Migración de Humedad g Sistemas Multi‐Componente Zonas con diferentes aw. El agua se mueve desde zonas de mayor aw hacia las de menor aw La fuerza motriz de la migración del agua está directamente relacionada con la diferencia de aw. La velocidad de migración depende de las propiedades de t t d estructura /dif ió /difusión La migración de humedad produce: cambios en la textura,  crecimiento  cambios en la textura crecimiento microorganismos,  reacciones de  degradación,  cambios organolépticos  g , g p … Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com Sistemas Multi‐componente Multi componente cereales con frutas, masas horneadas – rellenos, masa para pizza congelada – salsas, helados en barquillo, sandwiches, bocadillos
  • 20. Soluciones para la Migración de Humedad  p g  Trabajar con componentes con el mismo valor de aw (conocer la isoterma de cada producto)  Retardar el proceso de difusión entre componentes (viscosidad)  Aplicar barreras, películas o cubiertas comestibles que evitan la migración del agua entre los diferentes ingredientes de un alimento compuesto. Ejemplos de productos: bases de pizza congelada con salsa, helados en barquillo con cubierta de chocolate  Envasar por separado Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 21. Apelmazamiento p El apelmazamiento es un proceso que depende de la aw, tiempo y temperatura Los pasos del apelmazamiento son: p p humedecimiento, formación de uniones, aglomeración, compactación, deliquescencia Este E t problema es omnipresente en l bl i t las industrias alimentaria y farmacéutica Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com
  • 22. Cambio de fase Fundamentos básicos sobre aw www.lab‐ferrer.com Extracto de manzanilla expuesto a distintas condiciones de humedad ambiental (60‐100 HR%)