La guía completa del fabricante de alimentos sobre la vida útil

Calidad, seguridad, estabilidad, crecimiento microbiano y mucho más: la actividad del agua afecta a muchas facetas de la vida útil. Hemos reunido todo lo que necesita saber para sacarle el máximo partido.
Sin una fecha de caducidad precisa y específica del producto, podría estar desechando un producto caducado que todavía es bueno. O vender un producto sin caducar que en realidad es malo. Podría estar pagando demasiado por un envase que no ayuda a su producto. O renunciando a una vida útil significativa que se conseguiría con un envase mejor. La cuestión es que no se sabe con certeza porque se trabaja en la oscuridad.

Podría estar pagando demasiado por un empaque que no ayuda a su producto.

Pruebas completas de vida útil

Normalmente, esto se debe a que una prueba de vida útil completa es una tarea de enormes proporciones. Implica complejas relaciones entre humedad, temperatura y modos de fallo del producto.
Hay muchos factores que pueden hacer que su producto no sea seguro o apetecible: moho, crecimiento microbiano, ranciedad, cambios en la textura o el sabor, degradación de vitaminas. La mayoría de las personas carecen de los conocimientos necesarios para llevar a cabo pruebas completas de vida útil en sus propias instalaciones, y contratar a un laboratorio externo para que lo haga resulta caro.
Existe una alternativa científicamente sólida a este tipo de pruebas. Se trata de la vida útil, simplificada por la actividad del agua. Genera todos los datos que necesita para predecir la vida útil de su producto a partir de un experimento que cualquiera, incluso una pequeña empresa, puede permitirse realizar.

Vida útil y actividad del agua

¿Cómo simplifica la actividad del agua la vida útil?

1.Elimina las distracciones. Cuando conozca la actividad del agua de su producto, sabrá qué modos de fallo son un problema para ese producto.
2.Simplifica la predicción. Puede utilizar su medidor de actividad del agua junto con otro método de medición (que dependerá de su modo de fallo concreto) para realizar un sencillo experimento interno que predecirá su vida útil con exactitud.
3.Estandariza la producción. Puede establecer una especificación de actividad del agua que le permita alcanzar su vida útil óptima en cada lote.

Sus datos de caducidad pueden proporcionarle información valiosa que le ayude a detener los fallos del producto, predecir y alargar la vida útil, elegir el envasado más rentable y mucho más.

AQUALAB 3. Obtener una lectura precisa de la actividad del agua en su producto puede ayudar a predecir con mayor precisión la vida útil.

¿Cómo predice la actividad del agua la vida útil?

La actividad del agua es un medio importante para predecir y controlar la vida útil de los productos alimentarios. La vida útil es el tiempo durante el cual un producto seguirá siendo seguro, mantendrá las propiedades sensoriales, químicas, físicas y microbiológicas deseadas y cumplirá con el etiquetado nutricional. Hay muchos factores que influyen en la vida útil, como la actividad del agua, el pH, el potencial redox, el oxígeno, el uso de conservantes y las condiciones de procesado y almacenamiento. Midiendo y controlando la actividad del agua en alimentos y productos farmacéuticos, es posible:

• Predecir qué microorganismos serán fuentes potenciales de deterioro e infección.
• Mantener la estabilidad química de los alimentos.
• Minimizar las reacciones no enzimáticas de oscurecimiento y las reacciones autocatalíticas espontáneas de oxidación lipídica.
• Controlar la actividad de las enzimas.
• Prolongar la presencia de nutrientes y vitaminas en los alimentos.
• Optimizar las propiedades físicas de los alimentos.

Factores que acaban con la vida útil

Hay tres factores principales que influyen en la vida útil: las propiedades microbianas, los cambios químicos y el deterioro físico. Todos estos factores están relacionados con la actividad del agua.

Crecimiento microbiano

El moho y el crecimiento microbiano son las amenazas más peligrosas para la vida útil. El control de la actividad del agua puede inhibir o impedir el crecimiento microbiano, prolongar la vida útil y permitir que algunos productos se almacenen de forma segura sin refrigeración. Utilizando tablas bien definidas, puede establecer un límite de actividad del agua para su producto y utilizarlo en las pruebas de vida útil.

Tabla 1. Límites de crecimiento de la actividad del agua para muchos microorganismos comunes

Degradación química

La actividad del agua influye en las velocidades de las reacciones químicas de deterioro porque el agua actúa como disolvente, puede ser un reactivo en sí misma o puede cambiar la movilidad de los reactivos a través de la viscosidad. Por ejemplo, las reacciones no enzimáticas de oscurecimiento aumentan con el incremento de la actividad del agua hasta un máximo entre 0,6 y 0,7 aw, y la oxidación lipídica se minimiza entre 0,2 y 0,3 aw. La estabilidad química óptima se encuentra generalmente cerca del contenido de humedad de la monocapa, según se determina a partir de las isotermas de sorción de humedad.

Figura 1. La estabilidad y las reacciones de un producto pueden predecirse utilizando la actividad del agua.

Deterioro físico

Los entornos de humedad alta y (con menos frecuencia) baja pueden afectar a la actividad del agua de un producto, provocando cambios indeseables en su textura o propiedades físicas y acortando su vida útil. Los problemas incluyen la pérdida de textura crujiente en los productos secos, el apelmazamiento y la formación de grumos en los polvos, y la dureza o masticabilidad en los productos húmedos. Encontrar la actividad crítica del agua para su producto puede implicar cierta investigación, pero la actividad del agua lo hace mucho más fácil.

Conocer la actividad de agua óptima de su producto puede evitar cambios indeseables en las propiedades físicas del producto, como la formación de grumos y apelmazamiento.

Envasado, transporte y almacenamiento

Los cambios en la actividad del agua durante el transporte y el almacenamiento pueden influir profundamente en la vida útil. La actividad del agua depende de la temperatura, y las temperaturas de transporte y almacenamiento pueden afectar a la actividad del agua dentro del envase. Las pruebas simplificadas de vida útil pueden ayudarle a determinar cuál es el mejor envase y a evaluar el efecto de las condiciones de envío y almacenamiento en la vida útil de su producto.

Empiece con pruebas simplificadas

La información sobre cómo maximizar la vida útil se encuentra en la literatura científica alimentaria, pero puede ser difícil encontrar instrucciones paso a paso. Sólo hay que tener en cuenta algunas cosas a la hora de desarrollar un plan para probar la vida útil de su producto en particular.

NO intente analizarlo todo

Hay muchos factores que intervienen en la vida útil, pero los que más influyen son la actividad del agua y la temperatura. Empiece por controlar esos dos factores.

¿Cómo se mide la actividad del agua?

Los fabricantes de alimentos miden la actividad del agua en el laboratorio y en la línea de producción con medidores de actividad del agua. Miden la actividad del agua (aw) en 5 minutos o menos (tiempo medio de lectura: 2,5 minutos) con una precisión de ±0,003 aw. Los instrumentos AQUALAB son los medidores de actividad del agua más rápidos y precisos que existen.

Determine los modos de fallo más probables

La vida útil de un producto suele verse afectada por uno o dos modos de fallo. Por ejemplo, la vida útil de las patatas fritas suele terminar por los sabores desagradables asociados a la oxidación de lípidos. Las pruebas simplificadas de caducidad deben comenzar con el seguimiento de la oxidación lipídica a distintas actividades del agua y temperaturas. Una vez considerados los efectos de la oxidación lipídica, se pueden examinar otros factores potencialmente limitantes, como la textura.

Pasos básicos para determinar la vida útil

Pasos básicos para la comprobación de la vida útil mediante la actividad del agua

Si ampliara estos pasos en un diagrama de flujo detallado, tendría este aspecto (Véalo ampliado aquí):

Figura 2. Diagrama de flujo de las pruebas de vida útil

Elija el envase adecuado

Una vez determinado el intervalo ideal de actividad del agua para su producto, es hora de considerar el envasado. El factor determinante más importante de lo que ocurrirá con la actividad del agua de su producto a lo largo del tiempo es la permeabilidad del material de envasado, es decir, lo bien que puede evitar la transferencia de humedad en diferentes condiciones (véase Wong et al 1999). Para determinar el envase correcto para una vida útil deseada, se necesitan dos parámetros sencillos: la permeabilidad del envase y la actividad crítica del agua.

Encuentre su WTVR

La fuerza motriz del movimiento del agua a través del envase es una diferencia en las condiciones de actividad del agua dentro y fuera del envase. Los fabricantes utilizan los envases para controlar la velocidad a la que se mueve el agua. La humedad se transfiere a través del envase a una velocidad denominada velocidad de transmisión del vapor de agua (WVTR). El WVTR se puede utilizar en modelos matemáticos para determinar el envase óptimo para la vida útil deseada.

Identifique su intervalo crítico de actividad del agua

Uno de los principales objetivos de las pruebas de caducidad es determinar el mejor intervalo de actividad del agua para su producto. Puede tratarse de una actividad crítica

del agua que, si se supera, provocará inmediatamente problemas de seguridad o textura que pondrán fin a la vida útil. O puede ser el «punto óptimo de humedad» que maximiza los beneficios y elimina posibles problemas de sabor, textura y seguridad.
Si los cambios físicos son el principal modo de fallo de su producto, una curva dinámica de isoterma de punto de rocío (DDI) puede identificar la actividad crítica del agua. Una curva DDI mide el cambio en las propiedades de sorción de una muestra a medida que adsorbe y desorbe agua (véase la figura 3).

Figura 3. Relación entre los cambios de textura y la isoterma de la leche en polvo secada por atomización

Las curvas DDI pueden ahorrar mucho tiempo en la identificación de una actividad crítica del agua. Puede obtenerlas enviando una muestra de su producto a AQUALAB Lab Services o utilizando el VAPOR SORPTION ANALYZER para desarrollar sus propias curvas DDI.
Si el deterioro microbiano es el factor que limita su vida útil, puede identificar una actividad crítica del agua o un rango de actividad del agua utilizando límites que han sido bien establecidos por la investigación. En esta tabla se enumeran muchos microorganismos de interés y se muestra la relación entre la actividad del agua y el crecimiento microbiano.
Si los factores químicos como la oxidación de lípidos, el pardeamiento de Maillard o la pérdida de vitaminas son el principal modo de fallo de su producto, tendrá que trabajar un poco más. La actividad del agua está correlacionada con muchas de estas reacciones químicas, pero debe experimentar para determinar cuál es esa correlación para su producto en particular.

Envasado para una vida útil satisfactoria

Una vez conocidas la permeabilidad del envase y la actividad crítica del agua, esos valores pueden utilizarse para realizar un modelado predictivo.
El modelado predictivo suele realizarse mediante una serie de ecuaciones complicadas (descritas en la sección Recursos adicionales), pero existe una forma más sencilla. Un programa de software, MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT, realiza estos cálculos por usted. El kit de herramientas utilizará estas entradas básicas para determinar la vida útil, establecer las especificaciones ideales de envasado e incluso permitirle variar los parámetros de análisis para examinar diferentes opciones de envasado.

Por qué AQUALAB 4TE supera a otros medidores de actividad del agua

El AQUALAB 4TE encierra una muestra en un recipiente sellado, y la humedad relativa del aire en el espacio de cabeza se equilibra con la actividad del agua de la muestra. En equilibrio, las dos serán iguales, y podemos medir la humedad relativa del espacio de cabeza para conocer la actividad del agua de la muestra. Esta es la respuesta más fiable a la pregunta de cómo medir la actividad del agua.

Métodos secundarios: higrómetros, sensores de capacitancia

Al igual que los primeros medidores de la actividad del agua, la mayoría de los instrumentos modernos utilizan sensores eléctricos de capacitancia o higrómetros de resistencia para medir la humedad en el espacio de cabeza por encima de la muestra.
Estos medidores utilizan métodos secundarios: relacionan una señal eléctrica con la humedad relativa y deben calibrarse con patrones de sal conocidos.
Con estos sensores, la ERH es igual a la actividad del agua de la muestra sólo mientras las temperaturas de la muestra y del sensor sean iguales. Las mediciones precisas requieren un buen control o medición de la temperatura. Los sensores de capacitancia tienen un diseño sencillo y suelen utilizarse en medidores de actividad del agua relativamente económicos.

El método del punto de rocío 4TE es un método primario

Los mejores métodos que responden a la pregunta de cómo medir la actividad del agua son los métodos primarios que utilizan la relación p /p0.
P0 (la presión de vapor de saturación) sólo depende de la temperatura de la muestra (como se muestra en el gráfico adjunto), por lo que es posible medir p0 midiendo la temperatura de la muestra. P (la presión de vapor del agua en la muestra) puede medirse midiendo la presión de vapor del agua en el espacio de cabeza sellado por encima de la muestra. La forma más precisa de medir esa presión de vapor, y que se remonta a los primeros principios, es medir el punto de rocío del aire.

Figura 4. Es posible medir la presión de vapor de saturación midiendo la temperatura de la muestra (la presión de vapor de saturación depende de la temperatura)

Método primario significa medición directa, sin calibración

Las principales ventajas del método del punto de rocío (o punto de rocío de espejo refrigerado) son la rapidez y la precisión. El sensor de punto de rocío de espejo refrigerado es un método de medición primario basado en principios termodinámicos fundamentales. Los medidores de actividad del agua de espejo refrigerado realizan mediciones muy precisas (±0,003aw), normalmente en unos 5 minutos. Dado que la medición se basa en la determinación de la temperatura, no es necesaria ninguna calibración. Los usuarios deben medir una solución salina estándar para verificar el correcto funcionamiento del instrumento. Para algunas aplicaciones, la rapidez de este método permite a los fabricantes realizar un seguimiento en línea de la actividad del agua de un producto.

Recursos adicionales

• ASTM International. ASTM E96-00 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2000.
• Azanha, A.B., and Faria J. A. F. “Use of Mathematical Models for Estimating the Shelf-life of Cornflakes in Flexible Packaging.” Packaging Technology and Science 18, no. 4 (2005): 171-178.
• Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S., and Carter, A.H. 2015. The critical water activity from dynamic dewpoint isotherms as an indicator of premix powder stability. Journal of Food Measurement and Characterization. 9(4):479-486.
• Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S., and Carter, A.H. 2015. The critical water activity from dynamic dewpoint isotherms as an indicator of crispness in low moisture cookies. Journal of Food Measurement and Characterization 9(3):463-470.
• Carter, B. P., and Schmidt, S. J. “Developments in Glass Transition Determination in Foods using Moisture Sorption Isotherms.” Food Chemistry 132, no. 4 (2012): 1693-1698.
• Risbo, J. “The Dynamics of Moisture Migration in Packaged Multi-Component Food Systems I: Shelf Life Predictions for a Cereal-Raisin System.” Journal of Food Engineering 58, no. 3 (2003): 239-246.
• The Stability and Shelf-Life of Food, Edited by David Kilcast and Persis Subramaniam. Woodhead Publishing, 2000.
• Koutsoumanis, Konstantinos, and George-John E. Nychas. “Application of a systematic experimental procedure to develop a microbial model for rapid fish shelf life predictions.” International Journal of Food Microbiology60, no. 2-3 (2000): 171-84. doi:10.1016/s0168-1605(00)00309-3.
• Del Nobile, M. A., and Buonocore, G. G., and Limbo, S., and Fava, P. “Shelf Life Prediction of Cereal-based Dry Foods Packed in Moisture-sensitive Films.” Journal of Food Science 68, no. 4 (2003): 1292-1300.
• Labuza, T.P., and Hyman, C. R. “Moisture Migration and Control in Multi-domain Foods.” Trends in Food Science & Technology 9, no. 2 (1998) 47-55.
• Wong, Ee Hua, and Teo, Y. C., and Lim, T. B. “Moisture Diffusion and Vapor Pressure Modeling of IC Packaging.” Presentation at the Annual Electronic Components and Technology Conference, Seattle, WA, May 25-28, 1998.
• Yuan, X., and Carter, B. P., and Schmidt, S. J. “Determining the Critical Relative Humidity at which the Glassy to Rubbery Transition Occurs in Polydextrose using an Automatic Water Vapor Sorption Instrument.” Journal of Food Science 76, no. 1 (2011) 78-89.

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