La definición de la actividad de agua en los alimentos es la relación entre la presión de vapor del agua presente en un alimento y la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura, y su símbolo es “aw.”
Teóricamente, el valor de la actividad de agua se encuentra entre 0 y 1; sin embargo, en los alimentos varía entre 0,1 y 0,99. Dado que expresa una relación, la actividad de agua no tiene unidad.
aw = P/P0
P: La presión de vapor del agua en los alimentos,
P0: Presión de vapor del agua pura
La actividad de agua de un alimento se determina instrumentalmente mediante un dispositivo denominado “medidor de actividad de agua.” En el análisis, una cierta cantidad de alimento se coloca en la cámara de muestra del equipo y, tras alcanzar la presión de vapor de equilibrio en un determinado periodo de tiempo, se determina la actividad de agua.
Todos los alimentos contienen agua en mayor o menor cantidad. Las frutas deshidratadas y los cereales, que definimos como alimentos secos, contienen de manera inesperada cantidades relativamente altas de agua, que varían entre el 10 y el 15 %. Las leches en polvo obtenidas por desecación contienen entre 1 y 4 % de agua. Frutas como el pepino y el tomate, que presentan una estructura aparentemente sólida, contienen entre el 95 y el 96 % de agua. (Para información detallada ver Agua en los Alimentos; Formas, Características e Importancia)
La actividad de agua de dos alimentos diferentes con el mismo contenido de humedad puede diferir debido a diferencias estructurales. Por ejemplo, los cereales que contienen entre 10 y 13 % de humedad presentan una actividad de agua entre 0,65 y 0,75, mientras que las frutas secas que contienen entre 15 y 20 % de humedad presentan una actividad de agua entre 0,60 y 0,65. Por lo tanto, además del contenido de agua del alimento, es muy importante conocer la actividad del agua que contiene.
En la siguiente tabla se presentan los valores de actividad de agua de algunos alimentos;
Importancia de la actividad de agua
En los alimentos, la actividad de agua es importante desde dos perspectivas. La primera es su considerable efecto sobre el crecimiento de los microorganismos. Los microorganismos necesitan un determinado valor de actividad de agua para poder desarrollarse en los alimentos.
La segunda es que ciertas reacciones químicas, ya sean enzimáticas o no enzimáticas, se ven influenciadas por el valor de la actividad de agua en términos de aceleración o desaceleración.
Es decir, la actividad de agua en los alimentos es importante tanto desde el punto de vista microbiológico como químico.
1. Importancia de la actividad de agua desde el punto de vista microbiológico
Al igual que todos los seres vivos, los microorganismos necesitan agua para crecer y reproducirse. El crecimiento y la reproducción de los microorganismos en los alimentos representan un riesgo tanto en términos de deterioro del alimento como para la salud humana.
La situación es diferente en los alimentos fermentados; como en el caso del yogur, el crecimiento y la reproducción de las “bacterias beneficiosas” responsables de la fermentación se fomentan deliberadamente.
Cuanto más favorable sea el agua presente en un alimento para el crecimiento microbiano, mayor será el riesgo. Por agua favorable se entiende la capacidad del microorganismo para utilizar esa agua. Para que un microorganismo pueda utilizar el agua, esta debe tener características de agua pura.
Procesos como el secado, la congelación, el salado y el azucarado (como en la elaboración de mermeladas) son métodos utilizados desde hace mucho tiempo para conservar los alimentos mediante la eliminación o reducción del agua “disponible” para los microorganismos.
En el secado, el agua se evapora y se separa del alimento. En el salado y el azucarado, el agua existente actúa como disolvente y deja de ser agua pura, convirtiéndose en una solución. Como resultado, el crecimiento microbiano se inhibe o se detiene completamente.
Cabe destacar que en el salado o el azucarado la cantidad total de agua en el alimento no cambia. Sin embargo, debido a que se disuelven sustancias (sal o azúcar) en ella, una parte significativa del agua deja de estar disponible para los microorganismos.
Una situación comúnmente observada en las mermeladas constituye un buen ejemplo de la importancia de la actividad de agua. La mermelada contiene una alta cantidad de azúcar; por lo tanto, su actividad de agua suele ser lo suficientemente baja como para impedir el crecimiento microbiano. Sin embargo, cuando cae una gota de agua sobre la mermelada o se forma condensación en su superficie, se produce inmediatamente el desarrollo de moho en esa zona. Esto demuestra claramente la importancia de la actividad de agua.
La cantidad mínima de agua disponible necesaria para el crecimiento y la reproducción de los microorganismos puede variar según la especie e incluso según la cepa.
En la tabla se presentan los valores mínimos de actividad de agua requeridos para el crecimiento de ciertos microorganismos;
| Microorganismo | Mínimo aw |
| Bacterias nocivas | 0,91 |
| Levaduras nocivas | 0,88 |
| Mohos nocivos | 0,80 |
| Bacterias halófilas | 0,75 |
| Mohos xerófilos | 0,62 |
| Levaduras osmófilas | 0,61 |
| Algunas especies de bacteria | |
| Clostridium botulinum tip E | 0,97 |
| Clostridium botulinum tip A ve B | 0,94 |
| Clostridium perfingens | 0,95 |
| Pseudomonas spp. | 0,96 |
| Pseudomonas fluorescens | 0,97 |
| Pseudomonas fragi | 0,91 |
| Acinetobacter spp. | 0,96 |
| Escherichia coli | 0,95 |
| Bacillus subtilis | 0,95 |
| Bacillus cereus | 0,95 |
| Bacillus stearothermophilus | 0,93 |
| Salmonella spp. | 0,92-0,95 |
| Lactobacillus viridescens | 0,94 |
| Listeria monocytogenes | 0,92 |
| Staphylococcus aureus | 0,86 |
| Enterobacter aerogenes | 0,95 |
| Pediococcus cerevisiae | 0,94 |
| Vibrio parahaemolyticus | 0,94 |
| Algunas especies de moho | |
| Rhizopus stolonifer | 0,93 |
| Rhizopus nigricans | 0,93 |
| Botrytis cineria | 0,93 |
| Aspergillus citri | 0,84 |
| Aspergillus flavus | 0,78 |
| Aspergillus niger | 0,78 |
| Aspergillus versicolor | 0,78 |
| Aspergillus ochraceous | 0,77 |
| Aspergillus glaucus | 0,70 |
| Penicillium expansum | 0,83 |
| Penicillium islandicum | 0,83 |
| Penicillium patulum | 0,81 |
| Penicillium citrinum | 0,80 |
| Penicillium chrysogenum | 0,79 |
| Algunas especies de levadura | |
| Candida utilis | 0,94 |
| Saccharomyces cerevisiae | 0,90 |
| Saccharomyces baiht | 0,80 |
| Debaryomyces hansenii | 0,83 |
| Xeromyces bisporus | 0,61 |
| Zygosaccharomyces rouxii | 0,62 |
Los datos de la tabla fueron obtenidos a partir de experimentos de laboratorio. Sin embargo, el comportamiento y los requerimientos de los microorganismos en entornos naturales como los alimentos difieren de los observados en condiciones experimentales.
En general, los microorganismos requieren valores de aw más altos para crecer en alimentos que en medios experimentales. Por ejemplo, Staphylococcus aureus puede desarrollarse a una actividad de agua de 0,86 en condiciones de laboratorio, mientras que la misma bacteria no puede desarrollarse en camarones con una actividad de agua de 0,89.
Los microorganismos también muestran diferencias en la transferencia genética en entornos naturales en comparación con el laboratorio. Se ha observado en numerosas ocasiones que especies propensas a la transferencia genética en condiciones experimentales evitan dicha transferencia en la matriz alimentaria.
Así como las personas pueden mostrar diferentes patrones de comportamiento en el hogar, en el trabajo o en distintos entornos sociales, los microorganismos también pueden presentar diferentes respuestas y características según las condiciones ambientales en las que se encuentren.
Es muy probable que el efecto simultáneo de muchos factores, además de la actividad de agua, sobre el crecimiento microbiano sea la causa de esta situación.
En general, cuanto más alejadas estén la temperatura y el grado de acidez del entorno de las condiciones óptimas para un microorganismo, mayor será el valor de actividad de agua necesario para su crecimiento. Por ejemplo, la actividad de agua mínima requerida por Clostridium botulinum tipo A en sus condiciones óptimas de crecimiento de 37 °C y pH 7,0 es de 0,94. Sin embargo, a la misma temperatura, cuando el pH se reduce a 5,3, la actividad de agua mínima requerida aumenta a 0,99.
Por otra parte, para algunos microorganismos productores de toxinas, la actividad de agua mínima necesaria para la producción de toxinas es superior a la requerida para su crecimiento. Entre estos microorganismos se pueden mencionar Staphylococcus aureus, Penicillium patulum, Aspergillus flavus y Aspergillus clavatus.
Al evaluar el efecto de la actividad de agua sobre los microorganismos según la especie, se puede señalar lo siguiente;
En general, el deterioro bacteriano de los alimentos rara vez se observa por debajo de una actividad de agua de 0,90. En alimentos con actividad de agua inferior a 0,90, las bacterias pueden mantener su viabilidad durante largos periodos; sin embargo, es poco probable que crezcan y se multipliquen hasta niveles capaces de provocar deterioro.
En alimentos con actividad de agua entre 0,90 y 0,80, el deterioro suele ser causado por levaduras y mohos. Hasta valores de 0,60 aw, los microorganismos xerófilos, halófilos y osmófilos pueden representar un riesgo de deterioro.
En general, los alimentos con actividad de agua inferior a 0,60 son aquellos en los que los microorganismos no pueden desarrollarse y, por lo tanto, el deterioro microbiano es poco probable.
No obstante, conviene reiterar que en alimentos con baja actividad de agua los microorganismos no pueden crecer ni multiplicarse, pero sí pueden sobrevivir.
El ejemplo más conocido de esto es la congelación de los alimentos. Mediante la congelación, la actividad de agua puede reducirse a valores entre 0,1 y 0,25. En estos valores, los microorganismos no pueden crecer ni multiplicarse. Por esta razón, los alimentos congelados pueden conservarse durante largos periodos [1].
Sin embargo, aunque los microorganismos presentes en el alimento congelado no puedan crecer ni multiplicarse, pueden sobrevivir. Mientras el alimento permanezca congelado, el riesgo de deterioro es bajo; pero tan pronto como comienza la descongelación, el crecimiento y la reproducción microbiana se reanudan inmediatamente. Cuando el hielo se derrite, el agua vuelve a estar disponible para los microorganismos. A partir de ese momento, la actividad de agua deja de ser el principal factor que limita el crecimiento microbiano.
2. Importancia de la actividad de agua desde el punto de vista químico
Aunque el efecto de la actividad de agua sobre las reacciones químicas no se conoce con total claridad, algunos estudios indican que influye en la velocidad de las reacciones. Según el conocimiento actual, la actividad de agua afecta a las siguientes reacciones;
a) Oxidación de lípidos
La oxidación de los lípidos se refiere, en términos generales, a la reacción de los ácidos grasos insaturados con el oxígeno.
La velocidad de las reacciones de oxidación lipídica fluctúa a medida que aumenta la actividad de agua. Generalmente, cuando el aw aumenta de 0,1 a 0,3, la velocidad de reacción aumenta. De 0,3 a 0,5 aw, la velocidad disminuye; de 0,5 a 0,75 aw, vuelve a aumentar; y por encima de 0,75, vuelve a disminuir.
b) Reacción de Maillard
La reacción de Maillard es una reacción de pardeamiento no enzimático. Ocurre entre los extremos reductores de los carbohidratos y los grupos amino de las proteínas y los aminoácidos.
El principal factor que afecta a la reacción de Maillard es la temperatura. Sin embargo, la actividad de agua también influye en su velocidad. Según un estudio, la velocidad de reacción alcanza su máximo entre 0,60 y 0,70 aw. Después de 0,7, la velocidad disminuye. Esta situación se explica por el aumento de la dilución a medida que aumenta la actividad de agua.
c) Reacciones enzimáticas
En las reacciones enzimáticas se considera que el agua facilita el movimiento de los sustratos y los productos. En este contexto, al aumentar la actividad de agua también aumenta la velocidad de las reacciones enzimáticas.
Sin embargo, se necesitan más investigaciones sobre el efecto de la actividad de agua en las reacciones enzimáticas.
d) Oxidación del ácido ascórbico
El ácido ascórbico, conocido comúnmente como vitamina C, presenta un aumento en su velocidad de degradación proporcional al aumento de la actividad de agua. En un estudio realizado a temperatura constante de 30 °C, la vida media de la vitamina C fue de 76 días a 0,1 aw, mientras que a 0,65 aw fue de 6 días.
[1] El enranciamiento que se produce en la mantequilla tras un período de almacenamiento congelado no es de origen microbiano. Se debe a la actividad continua de la enzima lipasa presente de forma natural en la leche, que mantiene su actividad incluso a –40 °C. La lipasa descompone las moléculas de grasa y libera ácidos grasos responsables del sabor rancio.
Referencias;
Kisla, D., 2013. Düşük Su Aktivitesi ile Gıdalaların Korunması. In: Gıda Mikrobiyolojisi, Ed: Erkmen O. Efil Publisher, Ankara. (Turco)
Us, F., 2014. Su ve Buz. In: Gıda Kimyası, Ed: Saldamlı İ., Hacettepe University Publisher, Ankara. (Turco)
Yıldırım, İ., 2009. Notas de la conferencia sobre microbiología de alimentos. Akdeniz University, Antalya. (Turco)
Uysal Seçkin, G. and Taşeri, L., 2015. Semi-dried vegetables and fruits. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 21(9), 414-420. (Inglés)
