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Atividade de Água na Indústria de Pet Food.
Tânia M. M. Shibata
Decagon Devices LatAm.
Algumas perguntas antes de iniciarmos a apresentação
Um caso real Uma companhia produzia 1000kg/h de ração. Operando 8h/dia; 5 dias/semana; 22 dias /mês (1000kg/h x 8h x 22 dias x 12 meses = 2.112.000Kg/ano) O fabricante vendia a $0,90/Kg (2.112.000 x 0,90 = $ 1.900.800 /ano)
Você gostaria de ganhar $42.000,00 extras por ano vendendo água? Isso pode ser alcançado medindo atividade de água do produto ao invés da umidade.
Eles geraram um adicional de $42.000,00 sem alterar a formulação e com a mesma quantidade de matéria prima. Adicionalmente os custos de produção reduziram pela economia na secagem.
Aumentando o valor da atividade de água do produto para 0,65 (10% umidade), o produto permanceu seguro e eles produziram 2,22% a mais por ano, que equivale a 46.886Kg.
Originalmente ele secava o produto a 8% umidade, que correspondia a 0,50aw.
Alimentação animal
Equilíbrio entre as camadas e com o meio ambiente
Fatores que influenciam na velocidade do equilíbrio Área superficial – tamanho das partículas
Velocidade do ar
Temperatura
Pressão atmosférica
Atividade de água ≠ Umidade
Atividade de água Medida do estado da energia da água em um sistema. (Qualitativa). Uma qualidade interna que não depende da quantidade de amostra. Umidade Quantidade de água presente em uma amostra sobre base seca ou úmida. Uma propriedade extensiva que depende da quantidade de amostra.
http://atividadedeagua.blogspot.com.br/
Umidade de diferentes grãos acondicionados em diversas URE ou aw
Grão Temperatura aw °C 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90
Cevada 5 10 12 13 15 18 22 10 10 12 13 15 18 21 15 10 11 13 15 18 21 20 10 11 13 15 17 21
Milho 5 12 14 16 19 18 22 10 11 13 16 18 18 21 15 11 13 15 17 18 21 20 10 12 14 17 17 21
Sorgo 5 12 14 15 17 19 22 10 12 13 15 17 19 22 15 12 13 15 16 19 22 20 11 13 14 16 18 21
Soja 5 7,7 9,9 12 15 19 26 10 7,5 9,6 12 15 19 25 15 7,3 9,4 11 14 18 25 20 7,1 9,1 11 14 18 24
Trigo duro 5 13 15 17 19 21 25 10 12 14 16 18 21 24 15 12 14 16 18 20 23 20 12 13 15 17 19 23
Trigo macio 5 12 13 15 17 19 22 10 11 13 14 16 18 21 15 11 13 14 16 18 20
20 11 12 14 15 17 20
Pang, Y. & Herman, T.J. Water activity as a predictor of feed shelf life. GRSI-1003 Feed Manufacturer
Atividade de água = Estado de energia da água
Qual a diferença entre a água na esponja e a água no béquer? Entre tantas respostas uma
delas é a energia da água. O estado da energia da água
na esponja é menor do que o estado da energia da água no béquer.
http://aqualabblog.wordpress.com/2012/07/27/basico-sobre-atividade-de-agua-por-dr-gaylon-campbell//
Definindo Atividade de água - aw
Mais algumas perguntas
Definições de aw
µ = µo + RT ln (f/fo)
Fugacidade
Constante Gases Temperatura
Potencial químico
Potencial químico de uma substância pura
Definição de atividade de água
aw = p/po
1. Equilíbrio 2. Constantes T & P
Produto Água pura
Lewis e Randall (1961) : conceito de atividade. A fugacidade é igual a pressão vapor
(f = p)
aw = f/fo = p/po
Pressão de vapor da água na amostra a ºC
aw = ——————————————————
Pressão de vapor da água pura ºC
aw = URE (%) /100
Definição de atividade
Valores de atividade de água
Água pura 1,00 aw
0,0aw 0,60 aw
Por que medir atividade de água?
Prever o desenvolvimento microbiano Avaliar as reações químicas e vida de prateleira Estabilidade física Embalagem – proteção contra umidade ambiente. Transferência de umidade entre ingredientes Intercâmbio de umidade com o meio ambiente Predição da curva de isoterma – umidade vs aw
aw e Microbiologia
Fontes de contaminação
Durante a fabricação do produto Matéria prima contaminada Manipuladores Ambiente fabril
Produto acabado: Consumidor Ambiente residencial
Consequências da contaminação
Deterioração: Aparecimento do bolor Alteração de cor, textura e viscosidade Produção de bolhas Odor atípico (produção de voláteis com odor
desagradável)
Fatores que influenciam o desenvolvimento de micro-organismos
Atividade de água Temperatura pH Oxigênio Nutrientes Inibidores naturais/preservantes Etc.
aw e micro-organismos : 55 anos !!
Scott, WJ (pesquisador australiano)
1957 “Water Relations of Food Spoilage Microorganisms” Advances Food Research, 7:83-127
Efeito de vários níveis de aw na curva de crescimento e fase estacionária de Staphylococcus aureus.
Proliferação microbiana
Efeito de aw na redução do crescimento da bactéria
Adaptado de 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.
Fase de latência
Fase de proliferação exponencial
Fase estacionária
Proliferação microbiana
aw Limite de crescimento* de Bactérias Micro-organismo aw Mínima
Clostridium botulinum E 0.97 Pseudomonas fluorescens 0.97 Escherichia coli 0.95 Clostridium perfringens 0.95 Clostridium botulinum A, B 0.94 Salmonella spp. 0.95 Vibrio parahaemoliticus 0.94 Bacillus cereus 0.93 Listeria monocytogenes 0.92 Bacillus subtilis 0.91 Staphylococcus aureus (anaerobic) 0.90 Staphylococcus aureus (aerobic) 0.86
* Condições ótimas de pH, temperatura, etc.
aw Limite de crescimento* de bolores Micro-organismo aw Mínima
Rhizopus nigricans 0.93
Penicillum expansum 0.83
Penicillum islandicum 0.83
Aspergillus fumigatus 0.82
Penicillum cyclopium 0.81
Penicillum martensii 0.79
Aspergillus niger 0.77
Aspergillus ochraceous 0.77
Aspergillus restrictus 0.75
Aspergillus candidus 0.75
Eurotium chevalieri 0.71
Eurotium amstelodami 0.70
Monascus bisporus 0.61
* Condicões ótimas de pH, temperatura, etc.
Espécie Micotoxina aw mínima desenvolvimento
aw mínima Produção
micotoxina
Aspergillus flavus Aflatoxina 0,78-0,80 0,83-0,87
Aspergillus parasiticus Aflatoxina 0,82 0,87
Penicillium citrinum Citrinina 0,80 -
Aspergillus ochraceus Ocratoxina 0,77-0,83 0,83-0,87
Penicillium cyclopium Ocratoxina 0,81-0,85 0,87-0,90
Penicillium martensii Ácido penicílico 0,79-0,83 0,99
Penicillium cyclopium Ácido penicílico 0,82-0,87 0,97
Penicillium patulum Patulina 0,81-0,85 0,85-0,95
Penicillium expansum Patulina 0,83-0,85 0,99
Aspergillus clavatus Patulina 0,85 0,99
Trichothecium roseum Tricotecina 0,90 -
aw e Reações químicas
Estabilidade química e bioquímica
Oxidação lipídica Degradação de nutrientes Escurecimento não enzimático e reação de Maillard Atividade enzimática
aw influencia velocidades de reações:
Água atua como: • solvente • reagente • modifica a mobilidade dos reagentes (viscosidade)
Oxidação lipídica
Degradação de nutrientes
Labuza, T. P. 1974. Storage stability and improvement of intermediate moisture foods. NAS Contract 9-125-60, Phase II, Final Report:10-81.
Degradação de nutrientes
Degradação de nutrientes
Kirk, J. R. (1981). Influence of water activity on stability of vitamins in dehydrated foods. In: Water Activity: Influences on Food Quality Rockland, L. B. and Stewart, G. F. eds. Academic Press, New York p.631.
Atividade da enzima
Atividade da enzima
(days)
Hidrólise de lecitina
Acker, L. & Kaiser, H. (1959). Zeitschrift Fuer Lebensmittel-Untersuchung Und -Forschung. 110:349-356.
Drapron, R. (1985) Enzyme activity a a function of water activity. In Properties of Water in Foods. Simato, D. and Multon, J.L. (ed.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands.
Atividade da enzima
Atividade de água serve como mapa para predizer que tipo de reação ocorrerá, baseado na composição do produto.
Estabilidade química e bioquímica
Textura do produto em função da região de sorção na isoterma
Região 1 (baixa umidade)
Seco Duro
Quebradiço Encolhido
Região 2 (umidade intermediária)
Seco Firme / Flexível
Região 3 (alta umidade)
Úmido Macio
Inchado Pegajoso
Para se manter as propriedades de fluidez e prevenir o empedramento de pós Estabelecer o valor de aw crítica Tratamento dos pós para valores abaixo
da aw crítica. Utilizar embalagem de alta barreira a
umidade Armazenar a baixas temperaturas Saches dessecantes Adição de agentes antiumectantes
Fluidez do pó e empedramento
Migração de umidade Sistemas com multi-fases • Duas regiões distintas com aw diferentes • Água move de área de alta aw para áreas de baixa aw. • A força de condução da água está diretamente relacionada a aw. • Velocidade da migração depende da estrutura de propriedades de difusão do produto.
Migração da umidade causa:
• mudança na textura / sensorial
• crescimento microbiano
• reações de degradação
• alteração organoléptica
• perda de peso do produto embalado
Alguns estudos
Comportamento da atividade de água de 3 rações comerciais armazenadas em diferentes locais
Rev. Bras. Saúde Prod. An., Salvador, v. 12, n.3, p.784-793 jul/set, 2011 Aspectos microbiológicos e físico-químicos de três rações comerciais sob diferentes condições de armazenamento.
Atividade de água e umidade de polpa cítrica peletizada
Revista Brasileira de Eng. Agrícola e Ambiental, v.5, n.2, p 283 – 287, 2001. Modelagem matemática da atividade de água em polpa cítrica peletizada.
Composição da ração com variação somente da quantidade de água adicionada durante o processo de extrusão Murakami, Fabiane Yukiko, Impacto da adição de água no processo de extrusão sobre a digestibilidade e propriedades físico-químicas da dieta para cães. Dissertação (mestrado em Ciências Veterinárias) UFPR, 2010
Murakami, Fabiane Yukiko, Impacto da adição de água no processo de extrusão sobre a digestibilidade e propriedades físico-químicas da dieta para cães. Dissertação (mestrado em Ciências Veterinárias) UFPR, 2010
Pang, Y. & Herman, T.J. Water activity as a predictor of feed shelf life. GRSI-1003 Feed Manufacturer
Moagem Tipo de ração Diâmetro Pré condicionador Pós condicionador Pos Peletizador Pós resfriamento Pellet Temp °C aw Temp °C aw Temp °C aw Temp °C aw 1 Pig Starter 3,0 33 0,67 70 0,73 82 0,75 30 0,67
Engorda Frango de corte 3,8 33 0,72 79 0,82 88 0,82 28 0,73
Engorda Frango de corte 3,8 35 0,67 84 0,77 96 0,81 32 0,67
Pato corte 3,8 36 0,67 78 0,79 82 0,79 30 0,71 2 Pato postura 4,2 33 0,66 60 0,77 77 0,80 34 0,71
Engorda Frango de corte 4,0 35 0,66 60 0,74 79 0,79 33 0,74
Camarão 2,0 34 0,62 79 0,78 108 0,77 34 0,55 3 Peixe 4,5 32 0,66 70 0,74 88 0,76 34 0,68 Pato corte 4,0 33 0,72 73 0,84 80 0,85 30 0,73 4 Pig Starter 4,0 32 0,68 82 0,78 88 0,79 32 0,62 Pig grower 4,0 34 0,68 79 0,82 88 0,79 30 0,63 5 Pig Starter 4,0 39 0,68 82 0,80 85 0,79 34 0,64
Engorda Frango de corte 4,0 38 0,70 76 0,81 81 0,82 35 0,68
Peixe 1,5 36 0,71 88 0,84 94 0,83 34 0,70
Pang, Y. & Herman, T.J. Water activity as a predictor of feed shelf life. GRSI-1003 Feed Manufacturer
Amostras com aw acima de 0,76 fungos surgiram em 3 semanas. Amostras com aw entre 0,70 e 0,75 fungos surgiram entre 40 e 80 dias Os esporoso / fungos tornaramse visíveis após 90 dias de armazenagem.
0
1
2
3
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7
8
9
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Water Activity
Moi
stur
e C
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nt (%
d.b
.)
Você sabe o que acontece com a sua ração quando é secada, hidratada e desidratada novamente?
Produto seguro
Produto pode mofar
Considerações Ácaros podem estar ativos a 5°C e acima de 0,65aw e a 40°C acima de 0,60aw.
(Decagon, 2003). Rações secas estão abaixo de 0,60 aw
Monitorar a atividade de água, ajustar a relação água – sólidos solúveis e adequar a embalagem completam o processo.
Secagem adicional ou uso de solutos como sal, sacarose ou sorbitol podem reduzir a atividade de água, entretanto isso pode alterar as características desejadas do produto final.
Preservativos como benzoato de sódio, ácido propiônico e sorbato de potássio podem ser usados para controlar o desenvolvimento microbiano.
Faotres como pH, micro-organismos alvos, sabor e custo podem ser utilizados na decisão do preservativo apropriado.
Isoterma de sorção devem ser traçadas para predizer a estabilidade física do produto, determinar os limites críticos das características desejadas.
Rações com alta umidade (0,84aw), como os enlatados, devem ser processados em conformidade as regulamentações para alimentos enlatadas pouco ácidos (21 CFR, Part 113). Essa regulamentação estabelece os fatores críticos como atividade de água a ser usada em conjunção com processamento térmico e deve estar livre de ácaros.
PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO AQUALAB SERIES 4
Ponto de Orvalho
Ponto de Orvalho O espelho se resfria até que se forme o orvalho. Célula fotoelétrica detecta o ponto exato da primeira condensação no espelho. Um termopar grava a temperatura na qual ocorreu a condensação. AquaLab então emite um sinal sonoro e apresenta os valores de atividade de água final e temperatura.
Constante dielétrica
Sensores dielétricos A umidade altera as propriedades elétricas de um material higroscópico em equilíbrio com o ar que está sobre a amostra. Constante dielétrica ou Capacitância
Eletrodo Poroso
Eletrodo Poroso
Polímero Higroscópico
Cabos Elétricos
Cuidados com o seu instrumento
Exatidão
Sensores sempre limpos
Equilíbrio da
temperatura
7,5 ml de amostra
representativa
Local sem oscilação térmica
Calibração periódica
Preparo de amostra
John Z. www.aqualab.com
Frutas frescas, produto cárneos / Sabonetes, baton: cortar em pequenos pedaços Realizar a leitura imediatamente. Oxidação e perda de água para ambiente alteram o valor real de aw.
Oleaginosas, cereais, grãos em geral: triturar ou moer a amostra. O longo tempo moendo e o aumento da temperatura durante a moagem podem alterar o valor de aw.
Ração dura / Comprimidos: quebrar em gral ou triturar levemente. Rações e comprimidos pequenos podem ser lidos íntegros.
Ração macia contendo propileno glicol: o mesmo procedimento anterior, entretanto necessita de leitura imediatamente após a trituração e com sensor apropriado.
Caramelos, caldas, méis, geléias, cremes: não necessitam de preparo, colocar uma alíquota na cápsula e realizar a leitura.
Sucos e lácteos concentrados, soluções, xampu, loções: adicionar na cápsula e realizar a leitura.
Pós, farinhas, liofilizados, spray dry: requerem cuidados extras como após adicionadas na cápsula de amostra leitura imediata em ambiente com temperatura controlada, evitar que o pó fino contamine o sensor .
Preparo de amostra
Dados não publicados Decagon Devices
amostra sem preparação um corte ou fatia
triturado em gral
aw (oC) aw (oC) aw (oC)
Biscoito 0,233 24,8 0,234 24,7 0,235 27,2
Comprimido anti-ácido revestido
0,299 25,4 0,300 25,9 0,294 26,1
Forma farmacêutica sólida OTC
0,458 25,4 0,300 25,9 0,348 25,9
Uva passa revestida chocolate
0,345 26,0 0,345 26,0 0,421 26,1
Instrumentos Decagon
Conclusão Para produzir uma ração segura e comercialmente viável, a
atividade de água deve ser analisada no desenvolvimento do produto e na garantia da qualidade.
Os valores de atividade de água são extremamente importantes em qualquer tipo de ração, visto que desempenha papel na estabilidade física, química e biológica do produto.
Há vários métodos para analisar e determinar o efeito da atividade de água mesmo em formulações especiais.
O desafio da indústria de ração é utilizar a correta combinação de ingredientes, processamento e embalagem para criar produtos seguros e com padrão de qualidade, encontrar os parâmetros dos custos, manter a integridade do projeto e satisfazer o consumidor.
by R.A. Timmons, North American Biosciences Center, Alltech Inc
Agradecemos a sua participação
Decagon Devices LatAm
R. José Alves dos Santos, 281 Sala 102 Floradas de S. José 12.230-081 S.J dos Campos – SP Fone: (12) 3307-1016
tania@decagon.com.br
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