Podría decirse que el agua es el componente más crítico que rige la estabilidad de los alimentos. Si bien el contenido de humedad total indica la cantidad de agua presente, es la disponibilidad de esa agua, expresada como actividad del agua (aw), lo que determina las tasas de reacciones microbianas, químicas y enzimáticas en los sistemas alimentarios.

Actividad del agua versus contenido de humedad

La actividad del agua se define como la relación entre la presión de vapor del agua en un alimento y la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura (aw = p/p0). A diferencia del contenido de humedad, que es una medida cuantitativa, la actividad del agua refleja el estado energético del agua y su disponibilidad para reacciones biológicas y químicas. Dos alimentos con idéntico contenido de humedad pueden tener valores de aw muy diferentes dependiendo de la fuerza con la que el agua esté unida a la matriz del alimento.

Isotermas de sorción

Las isotermas de sorción de humedad representan gráficamente la relación entre la actividad del agua y el contenido de humedad en equilibrio a una temperatura constante. Las isotermas de adsorción se obtienen añadiendo agua a una muestra seca, mientras que las isotermas de desorción se obtienen secando una muestra hidratada. El bucle de histéresis (la brecha entre las curvas de adsorción y desorción) proporciona información sobre la estructura y la historia de los poros de los alimentos. Los modelos Brunauer-Emmett-Teller (BET) y Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) se utilizan ampliamente para ajustar datos de sorción y estimar el contenido de agua de la monocapa.

Agua monocapa y estabilidad

El valor de la monocapa (contenido de agua de la monocapa) representa la cantidad de agua estrechamente unida a los sitios polares de la matriz alimenticia. Debajo de la monocapa, prácticamente no hay agua disponible y la mayoría de las reacciones degradativas ocurren muy lentamente. La máxima estabilidad de los alimentos normalmente se logra con valores de aw correspondientes al contenido de humedad de la monocapa, generalmente entre 0,20 y 0,40 aw, dependiendo del alimento.

Límites del crecimiento microbiano

Los microorganismos tienen umbrales aw característicos por debajo de los cuales no pueden proliferar. La mayoría de las bacterias requieren una aw superior a 0,91, la mayoría de las levaduras requieren una aw superior a 0,87 y la mayoría de los mohos requieren una aw superior a 0,80. Las bacterias halófilas y los mohos xerófilos pueden crecer a valores de aw tan bajos como 0,75 y 0,61, respectivamente. Por lo tanto, controlar la actividad del agua es una estrategia principal para la conservación de los alimentos.

Tasas de reacciones químicas

La actividad del agua también modula las velocidades de reacciones químicas. Las tasas de oxidación de lípidos son más bajas en la monocapa aw (0,2–0,4) y aumentan tanto en valores más bajos como más altos. El pardeamiento no enzimático (reacción de Maillard) se acelera al aumentar aw hasta aproximadamente 0,7, luego disminuye debido a la dilución del reactivo. La actividad enzimática requiere suficiente aw para permitir la difusión del sustrato y la flexibilidad conformacional de la enzima.

Temperatura de transición vítrea

La temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la que un material alimenticio amorfo pasa de un estado vítreo y quebradizo a un estado móvil gomoso. Esta transición depende en gran medida del contenido de agua, ya que el agua actúa como plastificante. Los alimentos almacenados por encima de su Tg son más susceptibles a la cristalización, la pegajosidad y el colapso.

Métodos de medición

La actividad del agua se mide utilizando higrómetros electrónicos que determinan la humedad relativa de equilibrio del espacio libre sobre una muestra. Los sensores de punto de rocío de espejo frío ofrecen mediciones rápidas y precisas, mientras que los sensores capacitivos son adecuados para el control de calidad de rutina. Todas las mediciones deben realizarse a una temperatura controlada, normalmente 25 °C, ya que aw depende de la temperatura. La actividad del agua es distinta de la determinación del contenido de humedad: dos alimentos con el mismo contenido de humedad pueden tener diferentes valores de aw. Controlar la aw es un obstáculo clave para prevenir el deterioro microbiano y se manipula mediante el secado y la deshidratación.