5° sesión. Importancia del agua en los Alimentos y Determinación de Humedad

Dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno hacen de este compuesto un elemento vital para la vida de cualquier sustancia viva existente en la Tierra. Representa alrededor del 72% de la superficie total del planeta y entre el 50% y el 80% de la masa de los seres vivos. El agua es el compuesto químico primordial e insustituible para los seres vivos y sin ella no sería posible la vida.

Tenemos al nacer aproximadamente un 80% de humedad o de agua en nuestro cuerpo, el cual eh conforme vamos creciendo y tenemos un tipo de de alimentación específica, vamos a disminuir la cantidad de agua, sustituyéndola por otros eh componentes como puede ser grasa. Generalmente se dice que la mujer posee más cantidad de grasa en el cuerpo, por lo tanto, si se hiciera un análisis químico de su composición, estaría alrededor de un 60% de agua. Siendo el resto pues grasas, proteínas, minerales, etcétera. En el hombre eh es el aproximadamente 70% de humedad en el organismo.

El agua es uno de los principales componentes de los alimentos y factor determinante para su conservación e inocuidad. En medios acuosos es más fácil la proliferación de ciertos microorganismos, mientras que por, por ejemplo, alimentos secos se conservan con mayor tiempo.

La actividad de agua en los alimentos se expresa como aw, es aquella que está libre en el alimento y disponible para el crecimiento microbiano. Esto para que se puedan llevar a cabo diferentes reacciones químicas. Matemáticamente es una relación de la presión de vapor en equilibrio de la muestra sobre la presión de vapor en equilibrio de agua pura. Tiene un valor máximo de 1 y mínimo de 0. Cuanto menor sea este valor, mejor se conservará el producto.

La actividad de agua también está asociada a la textura. Entre mayor actividad de agua, la textura es mucho más blanda, jugosa y tierna. Sin embargo, el producto se altera de forma más fácil y se debe tener más cuidado. Para este tipo de alimentos suelen considerarse usar técnicas de conservación como la evaporación, secado o liofilización para así aumentar así su vida útil. A medida que la actividad de agua disminuye, la textura es más dura y seca. Los alimentos cuya aw es baja por naturaleza son más crujientes y se rompen con facilidad, son considerados con mayor vida útil. En ambos casos, el parámetro de aw es factor relevante para la inocuidad y permite determinar su capacidad de conservación.

Alimentos cuya actividad de agua es cercana a 0.89 son eh muy susceptibles a la proliferación de microorganismos patógenos, dando lugar a alteraciones y toxiinfecciones alimentarias. Entre ellas podemos mencionar alimentos como la carne, el pescado, frutas y verduras frescas, entre otros. Aquellos cuya actividad de agua es considerable, menor a la referencia anterior, pueden tener un desarrollo de patógenos considerable y son susceptibles a fermentaciones, por ejemplo, embutidos, quesos, carnes de mediana duración, entre otros. Aquellos cuya actividad de agua es intermedia, tienen una proliferación menor de patógenos, suelen eh sobrevivir algunos que no demanden tanta actividad de agua, y eh entre ellos se puede considerar al estafilococo aureus, que es un halófilo, es decir, que le gusta cierta cantidad de sales, pero también se puede dar toxiinfección eh debido al crecimiento de hongos. Destacan entre estos alimentos aquellos embutidos curados y madurados, como el jamón serrano, la leche condensada, entre otros. Aquellos cuya actividad de agua es baja, menor a 0.6, puede tener eh algún tipo de contaminación de microorganismos resistentes a baja actividad de agua, denominados osmófilos o halófilos. Puede darse el caso en alimentos como los frutos secos, cereales, mermeladas y quesos curados. Algunos hongos pueden ser capaces de crecer en estas condiciones de actividad de agua.

En la imagen podemos ver dos tipos de medidores de actividad de agua.

Otro parámetro a considerar es la humedad relativa. Es esta relacionada con un equilibrio atmosférico y la humedad que desarrolla el alimento en sitios confinados. Ustedes pueden observar este tipo de instrumental en cámaras de refrigeración, por ejemplo, en donde se requiere medir directamente la humedad relativa a través de un equipo denominado psicrómetro. Matemáticamente la actividad de agua y la humedad relativa están relacionadas, ya que si multiplicamos 100 por la actividad de agua, podemos conocer la humedad relativa necesaria para conservar el alimento.

En esta imagen vemos cómo hay alteraciones que se presentan por un déficit o un exceso de humedad. Estos fenómenos denominados osmóticos se presentan en las células vegetales de ciertos alimentos. Por ejemplo, eh se habla de plasmólisis o turgencia cuando eh la célula se hincha por la presión ejercida por fluidos y por el contenido celular en las paredes celulares. Aquí vemos, por ejemplo, un alimento que ha sido eh superhidratado y que posteriormente se degrada por esa acción de humedad en la superficie. También existe otro fenómeno denominado plasmólisis. Este es la pérdida de agua extrema que lleva a las células a contraerse o marchitarse. Tal es el caso de algunas hortalizas que si dejamos olvidadas, pues se secan. En esta imagen de abajo podemos ver los efectos de la hipertonicidad, la isotonicidad y la hipotonicidad. Esto es cuando hay un desequilibrio osmótico entre las sales que están de manera interna la célula y externa y se forma un gradiente que eh colapsa o explota o implosiona esta este contenido celular.

El agua en los alimentos se puede observar eh gracias a que eh las composiciones de los mismos son a veces heterogéneas, es decir, que no se mezclan totalmente. El agua puede estar de manera libre, eh tal como si exprimiéramos el jugo de un fruto, podemos observar que en su mayor parte está compuesto por agua. También existe el agua ligada o agua de composición que está inmerso en las moléculas de eh azúcares, grasas, etcétera, ya que la composición química radica en una mezcla de carbono, hidrógeno y oxígeno. Cuando el hidrógeno y oxígeno se desprenden de estas moléculas, tienden a formar moléculas de agua. Esto ocurre fácilmente en la oxidación o el secado de estos nutrientes a extremo de la descomposición. Eh como todos sabemos, la descomposición por oxígeno por oxidación con calor produce CO2 y agua, más energía que se libera. También existe agua absorbida o agua de monocapa de la superficie. Eh hay muchos alimentos en cuya superficie se eh puede observar agua. Eh no no a nivel eh macroscópico, sino microscópico entre las capas celulares.

Es muy importante diferenciar el concepto de cantidad de agua y actividad de agua. El primer término hace referencia a la cantidad total de agua presente en el alimento, aunque puede ser que no esté libre para interaccionar. La actividad de agua, en cambio, hace referencia solo a la cantidad de agua libre en el alimento y disponible para reaccionar, es decir, la que puede facilitar la contaminación del producto.

Para analizar el contenido de agua en un alimento se deben de tener las siguientes consideraciones. Se debe determinar como humedad. Preparar la muestra es un punto crítico en la determinación. Si no se hace de manera rápida, se puede estar perdiendo por evaporación el contenido de humedad. En alimentos crujientes o casi secos, se emplea el mortero para reducir el tamaño de partícula. Si se utilizara un molino, debiera tener menos tiempo de exposición con el medio ambiente para no absorber humedad. Aquellos alimentos con humedad intermedia es usual que se emplee un procesador de alimentos o licuadora para homogeneizar la muestra y así permitir que se exponga el agua libre, pero causa un error importante al considerar que se puede perder el agua ligada.

La determinación de humedad puede considerarse como el análisis más importante para un análisis químico proximal, ya que es determinante para la posterior eh análisis para poder eh determinar otros elementos como son cenizas, grasas, fibra y proteínas. Es más difícil si se considera que la técnica o método que suele obtenerse es poco exacto o preciso, dependiendo del tipo de muestra que se trate. El material seco puede permanecer en un alimento, pero posteriormente el agua que se elimina puede pertenecer a ciertos componentes químicos volátiles o cuando se volatiliza el agua, puede perderse elementos sólidos que eran parte de la composición del alimento. El valor analítico es de gran importancia económica. Es el agua un llenador eh barato. Por eso el tener un alimento que adquiere humedad o que es adulterado con agua, pues es económicamente rentable para muchos eh productores de alimentos. Sin embargo, no es deseable en el consumidor. Por lo tanto, se tiene que determinar como un parámetro de calidad la humedad presente en un alimento. También afecta la conservación de un producto, como lo vimos en cuanto analizamos actividad de agua. La estabilidad de frutos, vegetales y productos deshidratados es vital eh tener un buen manejo de humedad.

Para jaleas y ates, se puede evitar una cristalización. También en cereales preparados y convencionales, cuando se mantienen contenidos de humedad entre 4 y 8% y 7 y 8% respectivamente. En ocasiones, reducir la humedad es conveniente para el empacado final. Esto ocurre, por ejemplo, en leches concentradas, endulzantes y algunos productos deshidratados con alto contenido de humedad, como son jugos de frutas concentrados, etcétera, que posteriormente se reconstituyen. El contenido de humedad se especifica a menudo en estándares de identidad. Por ejemplo, el queso cheddar debe tener menor a 39% de humedad para garantizar su calidad. Las harinas enriquecidas deben de tener un contenido de humedad superior al 15% para conservar sus eh agregados vitamínicos. En carnes procesadas, por ejemplo, eh por lo común se especifica cierto porcentaje de agua añadida.

Para determinar el método de análisis apropiado según la muestra, hay que analizar eh la siguiente tabla. Existen métodos térmicos, de destilación, químicos e instrumentales. En los métodos térmicos se basa en el fundamento de el secado por ebullición de agua. Esto se logra a través de un horno de secado a más de 100 grados centígrados y una atmósfera de presión. La desventaja es la posible pérdida de compuestos volátiles, el arrastre de agua de combinación y suelen alternarse eh métodos por vacío o baja presión con estos métodos térmicos para eficientarlos. También es común el uso de lámparas infrarrojas o termobalanza eh que ya tienen regulado un sistema mecánico y eh digital para poder obtener un dato preciso y rápido. La destilación, por otro lado, emplea una trampa de humedad en el cual un disolvente que es inmiscible con un punto de ebullición específico y densidad superior a la del agua, permite su separación. Ya sea que se utilice tolueno, heptano, xileno o algún otro disolvente orgánico, esta agua se puede condensar y así medir de manera directa en la trampa de humedad. En cuanto a los métodos químicos, hay productos químicos que reaccionan con el agua de manera estequiométrica, como es el yodo, el dióxido de azufre en una disolución de piridina-metanol. Un esta titulación que se puede realizar nos permite eh conocer el contenido de humedad mediante un instrumental electromagnético y así establecer el punto final de la reacción. Este método que es caro, requiere de mayores cuidados, ya que también el producto de la reacción es eh un producto tóxico. Los métodos instrumentales se basan en el uso de resistencias eléctricas, propiedades dieléctricas, resonancias magnéticas, refractancia al infrarrojo, etcétera.

En cuanto a las ventajas y desventajas de los métodos, vemos que en el ejemplo de este cuadro, la termobalanza se considera un método semiautomático, en donde la muestra no se remueve de este equipo porque podría provocar un error. El pesado es vital para conocer el tamaño eh preciso de la muestra y que podemos calcular el porciento de humedad que se retira de la muestra. Siempre y cuando sea una termobalanza digital, eh podemos obtener el resultado de manera automática. La desventaja es que se requiere procesar una muestra a la vez. Es bueno para la investigación, sin embargo, es poco práctico. Se pueden utilizar en diferentes o casi todos los tipos de alimento que existen. El método de la estufa es un método convencional que está avalado, está eh normado, es conveniente, es rápido, es preciso y se puede trabajar con varias muestras a la vez. Se llega rápido a una temperatura de trabajo. Sin embargo, entre sus desventajas se encuentran las fluctuaciones de temperatura según las posiciones dentro del horno y la posible pérdida de sustancias volátiles o caramelización de carbohidratos. Se puede utilizar en la mayoría de los alimentos. No es demasiado recomendable para alimentos con alto contenido de humedad. Sin embargo, la adición de arena combinada con nuestra muestra permite facilitar el contacto, la superficie de contacto que tiene la muestra. Esto facilita también la separación de los compuestos eh que se evaporan contra los que son sólidos y sobre todo eh los que tienen un elevado índice de grasas o azúcares, como es el caso de la leche. También existe el método de estufa a presión reducida que tiene como ventaja la descomposición de las biomoléculas y pérdida de volátiles, eh pero mantiene un una evaporación constante y uniforme. Este método no es aplicable para varias muestras a la vez. Y pues se puede aplicar igualmente en la mayoría de los alimentos.

La trampa de humedad tiene como ventaja determinar de forma directa mediante un dispositivo sencillo de manipular por evaporación, determinado el tiempo de de esta práctica al contenido de humedad que posee la muestra. Pueden emplearse muestras con alto contenido de humedad, como frutas y vegetales. Y la desventaja es su baja precisión, ya que la medición y el error que se puede obtener al hacerla es considerable. También que deja residuos eh en la muestra de estos solventes o o de alcoholes solubles en agua. Su aplicación, como ya se había comentado, es en materias o materiales que tienen contenido de volátiles, aquellos que tienen alto contenido de humedad o alto contenido de graso. El método de Karl Fisher es un método también estandarizado de precisión y exactitud. Sin embargo, eh tiene una un grado de especialización mayor para su uso, requiere reactivos analíticos, el manejo del equipo de Karl Fisher es difícil el estabilizarlo, debe de prepararse y protegerse de diferentes descalibraciones y es delicado en su en su uso. Es aplicado a alimentos con bajo contenido de humedad, alimentos higroscópicos o con alto contenido de grasas y aceites.

La determinación de humedad por gravimetría requiere un cálculo en la fórmula general que ya hemos visto anteriormente. Se requiere de de conocer previamente un valor de referencia del alimento, preferentemente, para poder determinar qué método es el más efectivo. El contenido de humedad se expresa generalmente en porciento. Eh contenido de de humedad en alimentos es muy variable. El agua es uno de los productos también considerados como parte de los no nutrientes en muchas ocasiones. Sin embargo, altera la estructura de los alimentos y la composición bioquímica y puede ser un precursor de alteraciones importantes. Las determinaciones pueden tener quizá en esta en este tipo de análisis mayor error o variaciones porque dependen de las condiciones medioambientales y eh bioquímicas del propio alimento, del estado de madurez, de la actividad enzimática, etcétera. La exposición atmosférica a una temperatura alta hace que el el alimento pierda humedad de manera natural por secado. Entonces, minimizar todos estos tipos de errores y estandarizarlos para ciertas muestras se puede volver una tarea difícil.

Práctica número 5, determinación de humedad.

Para determinar humedad por método de Bidwell o trampa de humedad, denominado también Dean y Stark, el fundamento se basa en someter a una muestra a deshidratación por medio de una mezcla azeotrópica formada por un compuesto que es disolvente orgánico no miscible con el agua, como es el tolueno, el benceno, el xileno, etcétera. El agua y el disolvente orgánico son recolectados en una trampa de humedad con una escala volumétrica en donde por acción de la gravedad se separan dependiendo las diferentes densidades del agua y del solvente. Finalmente se obtiene un volumen determinado, colectado a través del tiempo. Cuando ya no hay variación de ese volumen en la trampa de humedad, se puede considerar que se ha llegado al final del análisis.

Este dispositivo consiste en una trampa de humedad, que es esta, la que está marcada con el número 2, en un matraz balón, en un refrigerante, tiene eh cualquier refrigerante, debe de tener una entrada de agua que vaya en contraflujo de el gradiente eh de gravedad y eh requiere también una parrilla de calentamiento, un eh material de soporte, como es el soporte universal, las pinzas, el disolvente que va dentro del matraz balón.

En el método de secado al horno se debe de calentar la muestra en condiciones específicas y esta muestra una pérdida de humedad con respecto al tiempo. Entonces el cálculo es eh es la humedad que se pierde entre el peso de la muestra por 100. Dependiendo de las características de la muestra son las condiciones eh que se deben de manejar en el horno. Algunos alimentos llegan a tardar hasta más de 24 horas en perder la humedad.

El el método de termobalanza requiere una muestra de menor cantidad, eh entre 2 y 5 gramos de muestra son suficientes para determinar este contenido de humedad. Es un método rápido, sin embargo, únicamente se procesa muestra a la vez.

Como se comentó anteriormente, el analito en este caso al ser humedad, requiere el dato del peso del agua que se retiró del alimento por 100 entre el peso de la muestra. Si la muestra está contenida en una charola y se lleva a horno de secado, el cálculo sería peso de la charola con muestra húmeda menos el peso de la charola con muestra seca entre el peso de la muestra, que es la diferencia de la charola con muestra menos charola vacía por 100. Recordemos que todo el material que utilicemos para este tipo de análisis requiere estar a peso constante para que no interfiera con el resultado.